Superkonduktor Suhu Tinggi

Penemuan superkonduktivitas pada keramik tembaga-oksida di atas titik didih nitrogen cair membalikkan ekspektasi dan mengungkapkan mekanisme pasangan non-konvensional yang tidak dapat dijelaskan oleh teori BCS.

Definition

Superkonduktor suhu tinggi adalah material, terutama keramik tembaga-oksida (kuprat), yang menunjukkan superkonduktivitas pada suhu yang jauh di atas batas konvensional; material ini muncul dari doping isolator Mott antiferomagnetik, menunjukkan pasangan gelombang-d, dan diyakini didorong oleh mekanisme elektronik, bukan fonon sederhana, yang masih belum dapat dijelaskan.

Scope

Topik ini mencakup kuprat dan superkonduktor suhu tinggi terkait: struktur tembaga-oksida berlapisnya, senyawa induk Mott-isolator antiferomagnetik, diagram fasa dengan doping termasuk pseudogap dan kubah superkonduktor, simetri pasangan gelombang-d, dan masalah sentral yang belum terpecahkan mengenai mekanisme pasangan. Topik ini juga menyentuh superkonduktor berbasis besi dan hidrida bertekanan tinggi. Topik ini membandingkan superkonduktor non-konvensional ini dengan gambaran BCS konvensional dari topik-topik terkait.

Core questions

• Fitur struktural dan elektronik apa yang membedakan superkonduktor kuprat dari logam konvensional?
• Bagaimana keadaan superkonduktor muncul dari doping isolator Mott antiferomagnetik?
• Apa itu pseudogap, dan bagaimana diagram fasa mengorganisir kuprat?
• Mengapa teori BCS konvensional gagal menjelaskan superkonduktivitas suhu tinggi?

Key concepts

• Lapisan tembaga-oksida kuprat
• Induk isolator Mott antiferomagnetik yang didoping
• Diagram fasa, pseudogap, dan kubah superkonduktor
• Simetri pasangan gelombang-d
• Superkonduktor berbasis besi dan hidrida

Clinical relevance

Superkonduktor suhu tinggi dapat beroperasi dengan pendinginan nitrogen cair yang murah, memungkinkan kabel listrik, pembatas arus gangguan, dan magnet medan tinggi; pemahaman mekanisme kerjanya juga merupakan salah satu masalah terbuka terdalam dalam fisika, yang menjadi pusat teori elektron berkorelasi kuat.

History

Bednorz dan Müller menemukan superkonduktivitas di dekat 35 K pada kuprat lantanum pada tahun 1986, memenangkan Hadiah Nobel pada tahun berikutnya; penemuan YBa2Cu3O7 pada tahun 1987 dengan suhu transisi 93 K, di atas suhu nitrogen cair, memicu ledakan penelitian yang terus berlanjut.

Debates

Mekanisme pasangan kuprat

Beberapa dekade setelah penemuannya, tidak ada konsensus mengenai apa yang mengikat elektron dalam superkonduktor suhu tinggi; skenario fluktuasi spin, ikatan valensi beresonansi, dan skenario elektronik berkorelasi kuat lainnya bersaing, dan peran pseudogap masih diperdebatkan.

Key figures

• Johannes Georg Bednorz
• Karl Alexander Müller
• Philip Warren Anderson

Seminal works

• bednorz1986
• wu1987

Frequently asked questions

Mengapa superkonduktivitas suhu tinggi dianggap tidak konvensional?

Kuprat menunjukkan superkonduktivitas jauh di atas suhu yang diperkirakan oleh pasangan fonon BCS, muncul dari induk magnetik isolasi daripada logam yang baik, dan memiliki pasangan gelombang-d daripada gelombang-s, sehingga mekanismenya tampaknya bersifat elektronik daripada getaran kisi konvensional.

Apakah mekanisme superkonduktivitas suhu tinggi sudah terpecahkan?

Tidak. Meskipun telah dilakukan upaya besar, mekanisme pasangan kuprat masih belum terpecahkan; ini secara luas dianggap sebagai salah satu masalah terbuka terpenting dalam fisika materi terkondensasi.