Bulk Superconductivity in Rocksalt LaN
Dit artikel rapporteert de synthese van bulk LaN met een rotsaltstructuur via hoogdruk-laser-floating-zone-verwerking, waarmee het wordt gevestigd als de eerste supergeleidende zeldzame-aardemononitride met een transitietemperatuur van 5,95 K.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
In de wereld van de materiaalkunde zoeken wetenschappers vaak naar stoffen die elektriciteit kunnen geleiden zonder enige weerstand. Wanneer dit gebeurt, wordt het materiaal een supergeleider, een toestand die extreem efficiënt energieoverdracht en krachtige magnetische velden mogelijk maakt. Decennialang hebben onderzoekers een familie van verbindingen bestudeerd die zijn gemaakt van zeldzame aardmetalen gecombineerd met stikstof. Deze materialen vormen meestal een specifieke, dicht opeengepakte kristalstructuur, maar staan bekend om hun vreemde en uiteenlopende gedragingen, variërend van ongebruikelijke magnetische toestanden tot het fungeren als halfgeleiders. Eén lid van deze familie, lanthanumnitride, is onderwerp geweest van langdurig debat. Terwijl sommige vroege experimenten hintten op een klein, gedeeltelijk vermogen om te supergeleiden, suggereerden anderen dat het simpelweg een metaal of een halfgeleider was. De moeilijkheid bij het bestuderen ervan ligt in de extreme gevoeligheid voor lucht en vocht, wat het monster kan ruïneren nog voordat het zelfs gemeten wordt, en het feit dat de atomaire structuur zeer vergelijkbaar is met die van puur lanthanummetaal, waardoor ze met standaardinstrumenten moeilijk van elkaar te onderscheiden zijn.
Een team van onderzoekers heeft deze discussie nu beslecht door een zuur, bulkmonster van lanthanumnitride te creëren en te bewijzen dat het inderdaad een supergeleider is. Om dit te bereiken, vermeden zij de traditionele methoden die het materiaal vaak onzuiver of beschadigd achterlaten. In plaats daarvan gebruikten zij een gespecialiseerde oven die het materiaal smelt met behulp van krachtige lasers terwijl het wordt omgeven door stikstofgas onder een druk die drieduizend keer hoger is dan de lucht die wij inademen. Deze omgeving met hoge druk maakte het mogelijk om het metaal met het gas te laten reageren en vervolgens de resulterende verbinding te smelten tot een uniforme vloeistof, die daarna werd afgekoeld om een vaste stof te vormen. Dit proces leverde hen een monster op dat chemisch consistent en vrij van de contaminatie was die eerdere pogingen had geteisterd.
Toen het team dit nieuwe materiaal onderzocht, ontdekten zij dat het een specifieke chemische samenstelling had, die iets minder stikstof bevatte dan een perfecte verhouding zou suggereren. Dit kleine tekort was eigenlijk cruciaal. Computersimulaties hadden eerder voorspeld dat een perfect gebalanceerde versie van dit kristal onstabiel zou zijn en waarschijnlijk zou instorten of van vorm zou veranderen. Het lichte gebrek aan stikstofatomen fungeerde echter als een stabilisator, waardoor het kristal zijn vorm kon behouden en stabiel kon blijven. Zodra zij bevestigden dat de structuur solide en puur was, begonnen zij de fysische eigenschappen te testen. Zij maten hoe elektriciteit door het materiaal stroomde terwijl zij het afkoelden, en observeerden dat het zich als een metaal gedroeg bij hogere temperaturen, maar plotseling alle elektrische weerstand verloor wanneer de temperatuur daalde tot net onder zes graden boven het absolute nulpunt.
Verdere tests bevestigden dat dit niet slechts een oppervlakte-effect of een klein, geïsoleerd deel van supergeleidendheid was. Door het vermogen van het materiaal om magnetische velden af te stoten en de warmtecapaciteit te meten, stelden de onderzoekers vast dat de gehele bulk van het monster was overgegaan in een supergeleidende toestand. Zij vonden ook dat dit materiaal een magnetisch veld kon weerstaan dat meer dan tien keer sterker is dan wat puur lanthanummetaal kan verdragen voordat het zijn supergeleidende vermogen verliest. Dit onderscheid is essentieel omdat het bewijst dat de supergeleiding van de nitrideverbinding zelf komt, en niet van achtergebleven metaal. De bevindingen suggereren dat de specifieke arrangement van atomen in dit kristal, met name de manier waarop de lanthanumatomen zijn gespatieerd, een sleutelrol speelt bij het mogelijk maken van deze toestand. Hoewel het exacte mechanisme nog steeds wordt onderzocht, vestigt de ontdekking lanthanumnitride als de eerste bevestigde supergeleider in zijn familie van zeldzame aardverbindingen, wat de deur opent voor wetenschappers om soortgelijke materialen te verkennen en potentieel nieuwe manieren te ontdekken om elektriciteit en magnetisme te manipuleren.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.