R.E.News future Technology-Unlocking Iron’s Potential in Superconductivity Research

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Libérer le potentiel du fer dans la recherche sur la supraconductivité

Image R.E.News- University of California, Irvine (UC Irvine)

Des scientifiques de l’Université de Californie à Irvine (UC Irvine) ont dévoilé la mécanique atomique complexe qui renforce la supraconductivité des matériaux à base de fer. Publiée dans Nature, cette révélation pourrait déclencher des avancées dans des domaines tels que l’informatique quantique, les appareils électroniques et même les systèmes de transport futuristes.

Les recherches de pointe de l’équipe se sont concentrées sur un film ultrafin de séléniure de fer (FeSe) déposé sur un substrat de titanate de strontium (STO). En exploitant la spectroscopie avancée hébergée à l’UC Irvine Materials Research Institute (IMRI), ils ont visualisé les vibrations des atomes, ce qui a conduit à la découverte de phonons uniques, des quasi-particules qui transfèrent l’énergie thermique.

Ces résultats offrent une nouvelle perspective à travers laquelle la supraconductivité peut être améliorée.

Au cœur de la recherche se trouve le couplage électron-phonon, un phénomène où les électrons interagissent avec les vibrations atomiques. Xiaoqing Pan, chercheur principal et professeur émérite à l'UC Irvine, a décrit le rôle essentiel des phonons provenant des vibrations hors plan des atomes d'oxygène à l'interface FeSe/STO.

« Ce fort couplage électron-phonon fournit un mécanisme permettant d'améliorer la température de transition de la supraconductivité dans le FeSe ultrafin », a déclaré Pan. Ce couplage a été amplifié par l'uniformité de l'interface, soulignant comment la précision atomique peut influencer les températures de supraconductivité.

Le FeSe a démontré une température de transition de 65 Kelvin, soit environ moins 340 degrés Fahrenheit, ce qui lui a valu le titre de supraconducteur à la température la plus élevée de sa catégorie. Les chercheurs ont noté une corrélation claire : une plus grande uniformité dans l'interface FeSe/STO a entraîné des températures de supraconductivité plus élevées, ce qui est prometteur pour la conception de futurs matériaux.

Pour aller plus loin, l'équipe a utilisé la spectroscopie vibrationnelle pour capturer des images très détaillées des vibrations atomiques à l'interface entre le FeSe et son substrat. Cette imagerie de pointe a révélé des variations dans l’espacement entre les couches qui ont directement influencé la force de couplage électron-phonon.

Le co-auteur Ruqian Wu, également professeur émérite de l’UC Irvine, a souligné la précision exceptionnelle des instruments de l’IMRI. « Les résolutions spatiales et énergétiques ultra-élevées de ces outils fournissent des données expérimentales extraordinaires qui, associées à des simulations théoriques, nous permettent d’identifier les contributions atomiques améliorant la supraconductivité », a expliqué Wu.

Leurs découvertes ouvrent de nouvelles portes à la compréhension de la supraconductivité aux interfaces hétérogènes, offrant des informations précieuses aux ingénieurs des matériaux et aux physiciens.

Au-delà de la théorie, les implications de cette recherche sont profondes. Les supraconducteurs ont le potentiel de révolutionner plusieurs industries :

Informatique quantique : des matériaux supraconducteurs améliorés pourraient permettre des processeurs quantiques plus rapides et plus efficaces.

Transport à lévitation magnétique (Maglev) : des supraconducteurs améliorés pourraient ouvrir la voie à des trains à grande vitesse et à faible consommation d’énergie.

Français:Technologie médicale : les supraconducteurs avancés pourraient améliorer les machines IRM et permettre la mise au point d’outils de diagnostic de pointe.

Le professeur Pan a souligné l’importance plus large de ces résultats en déclarant : « Ces résultats constituent une étape importante vers la fabrication et l’utilisation évolutives de supraconducteurs dans toute une gamme d’applications. »
La collaboration mondiale alimente l’innovation

Cette étude monumentale n’était pas un effort isolé. Elle a impliqué des chercheurs de l’Université d’Uppsala (Suède), de l’Université de Princeton, du Laboratoire national de physique de la matière condensée de Pékin et de l’Académie chinoise des sciences. De tels partenariats internationaux soulignent la nature collaborative de la science moderne.

Le projet a reçu un financement du Bureau des sciences de l’énergie fondamentales du Département américain de l’énergie, Division des sciences des matériaux et de l’ingénierie, ce qui démontre une fois de plus l’importance cruciale de l’investissement public dans la recherche de pointe.

Fondée en 1965, l’UC Irvine est devenue synonyme d’excellence académique et de recherche transformatrice. Abritant cinq lauréats du prix Nobel, l'établissement se classe régulièrement parmi les 10 meilleures universités publiques des États-Unis. Sous la direction du chancelier Howard Gillman, il contribue chaque année à hauteur de plusieurs milliards aux économies locales et nationales tout en étant le deuxième plus grand employeur du comté d'Orange.

Avec sa riche histoire d'innovation et sa communauté universitaire dynamique, l'UC Irvine est bien placée pour mener la charge dans la recherche sur la supraconductivité et au-delà.

Cette avancée ne se contente pas d’approfondir notre compréhension de la supraconductivité : elle jette les bases d’un avenir où les technologies quantiques, les transports durables et les dispositifs médicaux avancés seront monnaie courante.

Le travail méticuleux des chercheurs de l’UC Irvine témoigne du pouvoir transformateur de la science, repoussant les limites et ouvrant de nouvelles possibilités.
NJC.© Info University of California, Irvine (UC Irvine)

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12/12/24-English

Unlocking Iron’s Potential in Superconductivity Research

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In a ground-breaking discovery, scientists at the University of California, Irvine (UC Irvine) have unveiled the intricate atomic mechanics that bolster superconductivity in iron-based materials. Published in Nature, this revelation could ignite advancements in fields like quantum computing, electronic devices, and even futuristic transportation systems.

The team’s cutting-edge research centred on an ultrathin film of iron selenide (FeSe) layered atop a strontium titanate (STO) substrate. By harnessing advanced spectroscopy housed at the UC Irvine Materials Research Institute (IMRI), they visualised atom vibrations, leading to the discovery of unique phonons—quasiparticles that transfer thermal energy.

These findings provide a new lens through which superconductivity can be enhanced.

At the heart of the research lies electron-phonon coupling, a phenomenon where electrons interact with atomic vibrations. Lead researcher Xiaoqing Pan, a UC Irvine Distinguished Professor, described how phonons originating from out-of-plane vibrations of oxygen atoms at the FeSe/STO interface play a pivotal role.

“This strong electron-phonon coupling provides a mechanism for the enhancement of superconductivity transition temperature in ultrathin FeSe,” said Pan. Such coupling was amplified by the uniformity of the interface, underscoring how atomic precision can influence superconductivity temperatures.

FeSe demonstrated a transition temperature of 65 Kelvin, approximately minus 340 degrees Fahrenheit, earning it the title of the highest-temperature superconductor in its class. The researchers noted a clear correlation: greater uniformity in the FeSe/STO interface resulted in higher superconductivity temperatures—a promising insight for future materials design.

To dive deeper, the team utilised vibrational spectroscopy to capture highly detailed images of atomic vibrations at the interface between FeSe and its substrate. This state-of-the-art imaging revealed variations in interlayer spacing that directly influenced electron-phonon coupling strength.

Co-author Ruqian Wu, another UC Irvine Distinguished Professor, highlighted the exceptional precision of the instruments at IMRI. “The ultrahigh spatial and energy resolutions of these tools provide extraordinary experimental data, which, when paired with theoretical simulations, allow us to pinpoint the atomic contributions enhancing superconductivity,” Wu explained.

Their findings open new doors to understanding superconductivity at heterogeneous interfaces, providing valuable insights for material engineers and physicists alike.

Beyond theory, the implications of this research are profound. Superconductors have the potential to revolutionise several industries:

Quantum Computing: Improved superconducting materials could enable faster, more efficient quantum processors.

Magnetic Levitation (Maglev) Transport: Enhanced superconductors could pave the way for high-speed, energy-efficient trains.

Medical Technology: Advanced superconductors could improve MRI machines and enable cutting-edge diagnostic tools.

Professor Pan stressed the broader significance, stating: “These results are an important step toward achieving scalable fabrication and utilisation of superconductors in a range of applications.”
Global Collaboration Fuels Innovation

This monumental study was not an isolated effort. It involved researchers from Uppsala University (Sweden), Princeton University, the Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, and the Chinese Academy of Sciences. Such international partnerships underscore the collaborative nature of modern science.

The project received funding from the U.S. Department of Energy’s Office of Basic Energy Sciences, Division of Materials Sciences and Engineering, further demonstrating the critical importance of public investment in cutting-edge research.

Established in 1965, UC Irvine has become synonymous with academic excellence and transformative research. Home to five Nobel laureates, the institution consistently ranks among the top 10 public universities in the U.S. Under the leadership of Chancellor Howard Gillman, it contributes billions annually to local and state economies while serving as Orange County’s second-largest employer.

With its rich history of innovation and a vibrant academic community, UC Irvine is well-positioned to lead the charge in superconductivity research and beyond.

This breakthrough doesn’t just deepen our understanding of superconductivity—it lays the groundwork for a future where quantum technologies, sustainable transportation, and advanced medical devices are commonplace.

The meticulous work of UC Irvine’s researchers serves as a testament to the transformative power of science, pushing boundaries and unlocking new possibilities.
NJC.© Info University of California, Irvine (UC Irvine)

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12/12/24-NL

Het potentieel van ijzer ontsluiten in supergeleidingsonderzoek

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In een baanbrekende ontdekking hebben wetenschappers van de University of California, Irvine (UC Irvine) de ingewikkelde atomaire mechanica onthuld die supergeleiding in op ijzer gebaseerde materialen versterkt. Deze onthulling, gepubliceerd in Nature, zou vooruitgang kunnen ontketenen in vakgebieden als quantum computing, elektronische apparaten en zelfs futuristische transportsystemen.

Het baanbrekende onderzoek van het team was gericht op een ultradunne film van ijzerselenide (FeSe) die op een strontiumtitanaat (STO) substraat was gelegd. Door geavanceerde spectroscopie te gebruiken die is ondergebracht bij het UC Irvine Materials Research Institute (IMRI), visualiseerden ze atoomvibraties, wat leidde tot de ontdekking van unieke fononen: quasideeltjes die thermische energie overdragen.

Deze bevindingen bieden een nieuwe lens waardoor supergeleiding kan worden verbeterd.

De kern van het onderzoek is elektron-fononkoppeling, een fenomeen waarbij elektronen interacteren met atomaire trillingen. Hoofdonderzoeker Xiaoqing Pan, een UC Irvine Distinguished Professor, beschreef hoe fononen afkomstig van trillingen buiten het vlak van zuurstofatomen op de FeSe/STO-interface een cruciale rol spelen.

"Deze sterke elektron-fononkoppeling biedt een mechanisme voor de verbetering van de supergeleidingsovergangstemperatuur in ultradunne FeSe", aldus Pan. Deze koppeling werd versterkt door de uniformiteit van de interface, wat onderstreept hoe atomaire precisie supergeleidingstemperaturen kan beïnvloeden.

FeSe vertoonde een overgangstemperatuur van 65 Kelvin, ongeveer -340 graden Fahrenheit, wat het de titel van de hoogste temperatuur supergeleider in zijn klasse opleverde. De onderzoekers merkten een duidelijke correlatie op: grotere uniformiteit in de FeSe/STO-interface resulteerde in hogere supergeleidingstemperaturen - een veelbelovend inzicht voor toekomstig materiaalontwerp.

Om dieper te duiken, gebruikte het team vibratiespectroscopie om zeer gedetailleerde beelden vast te leggen van atomaire trillingen op de interface tussen FeSe en zijn substraat. Deze geavanceerde beeldvorming onthulde variaties in de tussenlaagafstand die direct van invloed waren op de elektron-fononkoppelingssterkte.

Medeauteur Ruqian Wu, een andere UC Irvine Distinguished Professor, benadrukte de uitzonderlijke precisie van de instrumenten bij IMRI. "De ultrahoge ruimtelijke en energieresoluties van deze tools leveren buitengewone experimentele gegevens op, die, in combinatie met theoretische simulaties, ons in staat stellen de atomaire bijdragen te bepalen die supergeleiding verbeteren", legde Wu uit.

Hun bevindingen openen nieuwe deuren naar het begrijpen van supergeleiding op heterogene interfaces, wat waardevolle inzichten biedt voor zowel materiaalkundigen als natuurkundigen.

Naast de theorie zijn de implicaties van dit onderzoek diepgaand. Supergeleiders hebben het potentieel om verschillende industrieën te revolutioneren:

Quantum Computing: Verbeterde supergeleidende materialen kunnen snellere, efficiëntere quantumprocessoren mogelijk maken.

Magnetische levitatie (Maglev) transport: Verbeterde supergeleiders kunnen de weg vrijmaken voor snelle, energiezuinige treinen.

Medische technologie: Geavanceerde supergeleiders kunnen MRI-machines verbeteren en geavanceerde diagnostische hulpmiddelen mogelijk maken.

Professor Pan benadrukte de bredere betekenis en zei: "Deze resultaten zijn een belangrijke stap in de richting van schaalbare fabricage en gebruik van supergeleiders in een reeks toepassingen."
Wereldwijde samenwerking stimuleert innovatie

Deze monumentale studie was geen op zichzelf staand onderzoek. Er waren onderzoekers bij betrokken van de Universiteit van Uppsala (Zweden), de Universiteit van Princeton, het Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics en de Chinese Academie van Wetenschappen. Dergelijke internationale partnerschappen benadrukken het collaboratieve karakter van de moderne wetenschap.

Het project ontving financiering van het Office of Basic Energy Sciences, Division of Materials Sciences and Engineering van het Amerikaanse ministerie van Energie, wat nog eens het cruciale belang van overheidsinvesteringen in baanbrekend onderzoek aantoont.

UC Irvine, opgericht in 1965, is synoniem geworden voor academische excellentie en transformatief onderzoek. De instelling, die vijf Nobelprijswinnaars huisvest, behoort consequent tot de top 10 openbare universiteiten in de VS. Onder leiding van Chancellor Howard Gillman draagt ​​het jaarlijks miljarden bij aan de lokale en nationale economieën en is het de op één na grootste werkgever van Orange County.

Met zijn rijke geschiedenis van innovatie en een levendige academische gemeenschap is UC Irvine goed gepositioneerd om de leiding te nemen in supergeleidingsonderzoek en daarbuiten.

Deze doorbraak verdiept niet alleen ons begrip van supergeleiding, maar legt ook de basis voor een toekomst waarin kwantumtechnologieën, duurzaam transport en geavanceerde medische apparaten alledaags zijn.

Het nauwkeurige werk van de onderzoekers van UC Irvine is een bewijs van de transformerende kracht van wetenschap, die grenzen verlegt en nieuwe mogelijkheden ontsluit.
NJC.© Info University of California, Irvine (UC Irvine)

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