In supergeleidende materiale sal 'n elektriese stroom sonder enige weerstand vloei. Daar is heelwat praktiese toepassings van hierdie verskynsel; baie fundamentele vrae bly egter nog onbeantwoord. Medeprofessor Justin Ye, hoof van die Device Physics of Complex Materials-groep aan die Universiteit van Groningen, het supergeleiding in 'n dubbellaag molibdeendisulfied bestudeer en nuwe supergeleidende toestande ontdek. Die resultate is op 4 November in die vaktydskrif Nature Nanotechnology gepubliseer.

Supergeleiding is getoon in eenlaagkristalle van byvoorbeeld molibdeendisulfied of wolframdisulfied wat 'n dikte van net drie atome het. "In beide monolae is daar 'n spesiale tipe supergeleiding waarin 'n interne magnetiese veld die supergeleidende toestand beskerm teen eksterne magnetiese velde," verduidelik Ye. Normale supergeleiding verdwyn wanneer 'n groot eksterne magnetiese veld toegepas word, maar hierdie Ising supergeleiding word sterk beskerm. Selfs in die sterkste statiese magnetiese veld in Europa, wat 'n sterkte van 37 Tesla het, toon die supergeleiding in wolframdisulfied geen verandering nie. Alhoewel dit wonderlik is om so sterk beskerming te hê, is die volgende uitdaging om 'n manier te vind om hierdie beskermende effek te beheer deur 'n elektriese veld toe te pas.

Nuwe supergeleidende state

Ye en sy medewerkers het 'n dubbele laag molibdeendisulfied bestudeer: "In daardie konfigurasie skep die interaksie tussen die twee lae nuwe supergeleidende toestande." Jy het 'n gesuspendeerde dubbellaag geskep, met 'n ioniese vloeistof aan beide kante wat gebruik kan word om 'n elektriese veld oor die dubbellaag te skep. “In die individuele monolaag sal so 'n veld asimmetries wees, met positiewe ione aan die een kant en negatiewe ladings wat aan die ander kant geïnduseer word. In die dubbellaag kan ons egter dieselfde hoeveelheid lading by beide monolae geïnduseer hê, wat 'n simmetriese stelsel skep,” verduidelik Ye. Die elektriese veld wat so geskep is, kan gebruik word om supergeleiding aan en af ​​te skakel. Dit beteken dat 'n supergeleidende transistor geskep is wat deur die ioniese vloeistof gesluit kon word.

In die dubbellaag verdwyn die Ising-beskerming teen eksterne magnetiese velde. "Dit gebeur as gevolg van veranderinge in die interaksie tussen die twee lae." Die elektriese veld kan egter beskerming herstel. "Die vlak van beskerming word 'n funksie van hoe sterk jy die toestel omsluit."

Cooper-pare

Behalwe om 'n supergeleidende transistor te skep, het Ye en sy kollegas nog 'n interessante waarneming gemaak. In 1964 is voorspel dat 'n spesiale supergeleidende staat sou bestaan, die FFLO-staat genoem (genoem na die wetenskaplikes wat dit voorspel het: Fulde, Ferrell, Larkin en Ovchinnikov). In supergeleiding beweeg elektrone in pare in teenoorgestelde rigtings. Aangesien hulle teen dieselfde spoed beweeg, het hierdie Cooper-pare 'n totale kinetiese momentum van nul. Maar in die FFLO-toestand is daar 'n klein spoedverskil en daarom is die kinetiese momentum nie nul nie. Tot dusver is hierdie toestand nog nooit behoorlik in eksperimente bestudeer nie.

“Ons het byna al die voorvereistes nagekom om die VFLO-staat in ons toestel voor te berei,” sê Ye. “Maar die staat is baie broos en word aansienlik geraak deur besoedeling op die oppervlak van ons materiaal. Ons sal dus die eksperimente met skoner monsters moet herhaal.”

Met die gesuspendeerde dubbellaag van molibdeendisulfied, het Ye en medewerkers al die bestanddele wat nodig is om 'n paar spesiale supergeleidende toestande te bestudeer. "Dit is werklik fundamentele wetenskap wat vir ons konseptuele veranderinge kan bring."