AZ 
Nikelat superkeçiriciləri ortaq elektron barmaq izinə malikdirlər
İnqrid Fadelli tərəfindən , Phys.org
Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib
Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin
Çoxqatlı nikelatın elektron “barmaq izi”. Bucaqla həll olunan fotoemissiya spektroskopiyası və ya ARPES ilə ölçülən bu Fermi səthi, müxtəlif çoxqatlı nikelat materiallarında paylaşılan ümumi elektron xüsusiyyətləri ortaya qoyur. Mənbə: Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03286-4.
Müəyyən temperatur aralığında sıfır elektrik müqaviməti ilə elektrik cərəyanı keçirən materiallar olan superkeçiricilər kvant kompüterlərinin və digər qabaqcıl texnologiyaların inkişafı üçün çox perspektivli olduğunu sübut etmişdir. Bu materialların əksəriyyəti çox aşağı temperaturda superkeçirici hala gəlsə də, digərləri daha yüksək temperaturda superkeçiricilik nümayiş etdirir.
Yüksək temperaturlu yarımkeçiricilər kimi tanınan iki növ material kupratlar (yəni, mənfi yüklü mis ionları ehtiva edən birləşmələr) və nikelatlardır (yəni, mənfi yüklü nikel-oksigen ionları ehtiva edən birləşmələr). Kupratların onilliklərdir ki, ifratkeçiricilər olduğu bilinsə də, nikelatlar yalnız bu yaxınlarda qeyri-adi yüksək temperaturlarda ifratkeçiricilik nümayiş etdirdiyi aşkar edilmişdir.
Britaniya Kolumbiyası Universitetinin (UBC), Argonne Milli Laboratoriyasının və Kanada İşıq Mənbəyinin (CLS) tədqiqatçıları nikelatın elektron quruluşunun onların super keçiriciliyinə necə təsir etdiyini daha yaxşı anlamaq məqsədi daşıyan bir araşdırma aparıblar.
Onların “Nature Physics” jurnalında dərc olunmuş tapıntıları , mikroskopik miqyasda nikelatlardakı superkeçiriciliyin elektron əsasları haqqında işarələr təqdim edir və bu materialların elektron quruluşunun kupratlarla bəzi oxşarlıqlara sahib olduğunu göstərir.
UBC-nin Kvant Maddəsi İnstitutunun baş tədqiqatçısı və məqalənin baş müəllifi Andrea Damascelli Phys.org-a bildirib ki, “Son tədqiqatımızda diqqətimizi yeni bir superkeçirici material ailəsinə yönəltdik: laylı nikelatlar”.
“Superkeçiricilər elektrik cərəyanını sıfır müqavimətlə keçirə bilən materiallardır və yeni superkeçiricilərin kəşfi həm fundamental elm, həm də daha səmərəli enerji sistemləri, qabaqcıl hesablama və tibbi görüntüləmədə istifadə olunan güclü maqnitlər daxil olmaqla potensial gələcək texnologiyalar üçün vacibdir.”Çoxqatlı nikelatın Fermi səthinin orbital parçalanması. ARPES dixroizminin sıx bağlanma modelləşdirilməsi göstərir ki, Fermi səthi boyunca elektron vəziyyətlər, həm maqnit nizamı, həm də superkeçiricilik üçün vacib olan d dalğasına bənzər x²−y² simmetriyasına malik vəziyyətlər də daxil olmaqla, oksigen mərkəzli planar orbitallar tərəfindən idarə olunur. Mənbə: Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03286-4.
Nadir torpaq və ya lantanoid təbəqələri ilə ayrılmış ikiölçülü NiO2 təbəqələrindən ibarət laylı nikelatlar xüsusilə maraqlı yüksək temperaturlu ifratkeçiricilər kimi ortaya çıxmışdır. Bunun səbəbi, onların elektron strukturları və maqnit xüsusiyyətlərinin kupratlarınkına çox bənzəməsidir.
UBC-dəki Damascelli qrupunun aspirantı və bu tədqiqatın aparıcı müəllifi Kristin C. Au-Yeung bildirib ki, “Nikel əsaslı oksidlər uzun müddətdir ki, kupratlara struktur və elektron oxşarlıqlarına görə perspektivli namizədlər hesab olunurdu, lakin bu yaxınlarda təzyiq altında laylı nikelatlarda superkeçiricilik müşahidə edildi”.
“Məqaləmiz bu kəşf və açıq sualların kombinasiyasından irəli gəldi. Hansı elektron vəziyyətlərin ən vacib olduğunu, bir-biri ilə necə qarşılıqlı təsir göstərdiyini və laylı kristal quruluşunun superkeçiriciliyin təmin edilməsində hansı rol oynadığını müəyyən etmək istədik. Həmçinin, bu nikelatın mis əsaslı superkeçiricilərə nə qədər bənzədiyini və onların prinsipcə yeni bir şey ortaya çıxara biləcəyini anlamaqda maraqlı idik.”
Nikelatların elektron quruluşunun araşdırılması
Komandanın tədqiqatının əsas məqsədi laylı nikelatın elektron quruluşunu daha ətraflı və mikroskopik miqyasda araşdırmaq idi. Onların ümidi həm nikelatlarda, həm də oxşar maqnit və elektron xüsusiyyətlərinə malik digər ifrat keçiricilərdə qeyri-ənənəvi ifrat keçiriciliyin əsaslarına işıq salmaq idi.
Au-Yeung izah etdi: ” Çoxqatlı nikelatın ortaq bir elektron ‘barmaq izi’nə sahib olduğunu aşkar etdik . Bu barmaq izi, bir materialda dolu və boş elektron halları arasındakı sərhəd kimi düşünülə bilən Fermi səthidir. Onun forması son dərəcə vacibdir, çünki bizə keçirici elektronların materialdan necə keçdiyini, bir-biri ilə necə qarşılıqlı təsir göstərdiyini və nəticədə necə ifrat keçirici hal yarada biləcəklərini göstərir.”
Tədqiqatlarının bir hissəsi olaraq, komanda çoxqatlı nikelatın müxtəlif həcmli kristallarını araşdırdı. Onlar xüsusilə fərqli yığılma düzülüşlərinə və kristal quruluşlarına malik ola bilən bir material olan La₃Ni₂O₇-nı araşdırdılar.
Argonne Milli Laboratoriyasının baş elmi işçisi Con Mitçell bildirib ki, “Tədqiqatın əsas hissəsi bu birləşmənin iki fərqli struktur formasına malik kristalları yetişdirmək və təcrid etmək bacarığımız idi, hər biri fərqli atom təbəqələrinin düzülüşünə malik idi.” “Bu struktur fərqlərinə baxmayaraq, ən vacib elektron xüsusiyyətləri əsasən eyni qaldı.”
Bu yanaşmadan istifadə edərək, komanda çoxqatlı nikelatlar arasında ortaq elektron fenomenologiyasını aşkar edə bildi. Bu ortaq əlamət bu materiallarda niyə superkeçiriciliyin yarandığını daha yaxşı başa düşməyə kömək edə bilər.
Au-Yeung dedi: “Bunu aşkar etmək üçün eksperimental ölçmələri nəzəri hesablamalarla birləşdirdik. Eksperimental olaraq, bucaqla həll olunan fotoemissiya spektroskopiyasından və ya ARPES-dən istifadə etdik. Bu texnika bizə elektronların enerjisini və impulsunu ölçməklə materialın içərisində necə hərəkət etdiyini birbaşa xəritələşdirməyə və zolaq dispersiyasını və Fermi səthlərini yenidən qurmağa imkan verir.”
“Bunu kvant maddəsi üçün güclü bir mikroskop kimi düşünməyin bir yolu var: atomların şəklini çəkmək əvəzinə, materialın xüsusiyyətlərini idarə edən elektron vəziyyətlərini ortaya qoyur.”
Au-Yeung və həmkarları CLS-dəki Kvant Materialları Spektroskopiyası Mərkəzinin şüa xəttində topladıqları ARPES ölçmələrini müxtəlif çoxqatlı nikelatın elektron quruluşunu proqnozlaşdıran nəzəri hesablamaların nəticələri ilə müqayisə etdilər. Bu, onlara topladıqları məlumatları şərh etməyə və müşahidə etdikləri xüsusiyyətlərin mümkün elektron mənşəyinə işıq salmağa imkan verdi.
Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .
Kuprat və nikelatın elektron quruluşlarının müqayisəsi
Tədqiqatçılar nəticədə çoxqatlı nikelatlarda spin sıxlığı dalğası kimi tanınan maqnit nizamını və onun elektron quruluşdakı barmaq izini müəyyən edə bildilər. Əsasən, bu o deməkdir ki, elektron spinləri bu materialların içərisində nizamlı bir naxış əmələ gətirir.
Damascelli izah etdi: “Müşahidə etdiyimiz nizam Fermi səthinin yenidən qurulmasına səbəb olacaq qədər güclü və ardıcıldır, yəni elektronların hərəkət tərzini yenidən təşkil edir və ARPES ölçmələrimizdə aydın bir imza yaradır”.
“Bu nəticə vacibdir, çünki eyni materialın müxtəlif eksperimental görünüşlərini əlaqələndirməyə kömək edir. ARPES elektron strukturu ölçmək üçün çox güclü bir texnikadır, lakin əsasən səthə yaxın bölgəyə həssasdır və bu da həmişə materialın əsas hissəsini tam təmsil etməyə bilər.”
“Əksinə, rentgen və neytron səpilməsi kimi üsullar kütləni araşdırır, lakin elektronların materialdan necə keçdiyini birbaşa aşkar etmir.”
Tədqiqatçılar göstərdilər ki, ARPES ilə müşahidə edilən nikelatın elektron quruluşu, həcmə həssas zondlar istifadə edilərək aşkar edilən nizamlanma hadisələri ilə sıx bağlıdır. Beləliklə, onların işi çoxqatlı nikelatın həm maqnit, həm də elektron xüsusiyyətlərinə dair hərtərəfli bir mənzərə təqdim edir.
Damascelli bildirib ki, “Həmçinin çoxqatlı nikelatlardakı elektron vəziyyətləri ilə ən məşhur yüksək temperaturlu superkeçiricilər olan kupratlardakı elektron vəziyyətləri arasında güclü oxşarlıqlar aşkar etdik”.
“Kupratlarda superkeçiricilik, xüsusilə dx2-y2 orbital xarakterli və oksigen orbitallarının güclü iştirakı ilə elektron vəziyyətləri ilə əlaqəli olan d-dalğa cütləşmə simmetriyası ilə geniş şəkildə əlaqələndirilir. Diqqətəlayiq haldır ki, nikelatlarda çox oxşar orbital xarakter tapdıq.”
Komandanın müşahidələri nikelatlar və kupratların eyni elektron quruluşa malik olduğunu və ya onların superkeçiriciliyinin eyni olduğunu nəzərdə tutmur. Buna baxmayaraq, onlar bu iki material ailəsində superkeçiriciliyin yaranmasının əsasını təşkil edən fiziki mexanizmlərin oxşar olduğunu irəli sürürlər.
Mitçell bildirib ki, “Bu müqayisə xüsusilə dəyərlidir, çünki hansı xüsusiyyətlərin yüksək temperaturlu superkeçiriciliyə universal, hansılarının isə müəyyən bir material ailəsinə xas olduğunu soruşmağa imkan verir. İşimizin daha geniş mənası ondan ibarətdir ki, laylı nikelatlar qeyri-ənənəvi superkeçiriciliyin arxasındakı mexanizmləri öyrənmək üçün yeni bir platforma təmin edə bilər.”
Qeyri-ənənəvi ifrat keçiricilərin öyrənilməsi üçün təsirlər
Komandanın tapıntıları nəticə etibarilə qeyri-ənənəvi superkeçiricilərin anlaşılmasına töhfə verir. Gələcəkdə onlar daha üstünlüklü xüsusiyyətlərə malik yeni yüksək temperaturlu superkeçiricilərin axtarışına istiqamət verə bilər ki, bu da kvant texnologiyalarının, tibbi görüntüləmə cihazlarının və digər qabaqcıl sistemlərin inkişafında istifadə edilə bilər.
Damascelli dedi: “Gələcəyə baxanda məqsədimiz laylı nikelatın elektron xüsusiyyətlərini, xüsusən də onların ifrat keçiricilik və maqnit vəziyyətlərinin necə əlaqəli olduğunu daha ətraflı şəkildə anlamaqdır. Maraqlı istiqamətlərdən biri bu materialları qrupumuz tərəfindən hazırlanmış zamanla həll olunan ARPES-dən istifadə edərək öyrənmək olacaq ( Fabio Boşini, Marta Zonno və Andrea Damascellinin son icmalına baxın).”
Mitçell əlavə etdi ki, “Eyni zamanda, biz laylı nikelatın strukturlarını necə uyğunlaşdırmağı daha çox öyrənirik və bu kimi ölçmələr üçün bizə müxtəlif platformalar təklif edirik.”
Növbəti tədqiqatlarında komanda, elektronların işığa reaksiyasını son dərəcə qısa zaman aralığında tuta bilən zamanla həll olunan ARPES texnikasından istifadə edərək nikelatlar, kupratlar və digər qeyri-ənənəvi superkeçiriciləri öyrənməyi planlaşdırır. Bu texnika elektronları tarazlıqdan çıxarmaq üçün ultrasürətli lazer impulslarına əsaslanır və tədqiqatçılara onların orijinal vəziyyətinə necə qayıtdıqlarını müşahidə etməyə imkan verir.
Damascelli əlavə edib ki, “Bu, tarazlıq ölçmələrində əldə edilməsi çətin olan vacib məlumatları, məsələn, müxtəlif elektron vəziyyətlərinin bir-biri ilə necə qarşılıqlı təsir göstərdiyini və hansı qarşılıqlı təsirlərin superkeçiricilik üçün ən vacib olduğunu aşkar edə bilər”.
“Bu yanaşmanı laylı nikelatlar üzərində tətbiq etməklə, superkeçiriciliyin necə yarandığını, onun maqnit nizamı ilə necə rəqabət apardığını və ya birlikdə mövcud olduğunu və müvafiq elektron vəziyyətlərin necə bir-biri ilə necə əlaqəli olduğunu daha dərindən anlamağa ümid edirik.”
“Daha geniş şəkildə desək, bu iş nikelatlardakı mexanizmlərin həqiqətən də kupratlardakı mexanizmlərlə əlaqəli olub-olmadığını aydınlaşdırmağa kömək edə bilər və təkmilləşdirilmiş xüsusiyyətlərə malik yeni ifratkeçirici materialların dizaynı üçün gələcək səylərə istiqamət verə bilər.”
Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmişdir — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .
Nəşr detalları
Christine C. Au-Yeung və digərləri, Çoxqatlı nikelatın elektron strukturunda oksigen mərkəzli planar orbitallar və spin-sıxlıq-dalğa rekonstruksiyası, Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03286-4 .
Jurnal məlumatları: Təbiət Fizikası
