(Phys.org)—Wetenschappers hebben ontdekt dat een supergeleidende stroom in slechts één richting door een chirale nanobuis stroomt, markeert de eerste waarneming van de effecten van chiraliteit op supergeleiding. Tot nu, supergeleiding is alleen aangetoond in achirale materialen, waarin de stroom in beide richtingen gelijk loopt.

Het team van onderzoekers, F. Qin et al ., van Japan, de VS, en Israël, hebben een artikel gepubliceerd over de eerste waarneming van chirale supergeleiding in een recent nummer van Natuurcommunicatie .

Chirale supergeleiding combineert twee typisch niet-gerelateerde concepten in een enkel materiaal:Chirale materialen hebben spiegelbeelden die niet identiek zijn, vergelijkbaar met hoe linker- en rechterhand niet identiek zijn omdat ze niet op elkaar kunnen worden gelegd. En supergeleidende materialen kunnen bij zeer lage temperaturen een elektrische stroom geleiden zonder weerstand.

Het observeren van chirale supergeleiding was experimenteel uitdagend vanwege de materiaalvereisten. Hoewel koolstofnanobuisjes supergeleidend zijn, chiraal, en algemeen verkrijgbaar, tot nu toe hebben onderzoekers supergeleidend elektronentransport alleen met succes aangetoond in nanobuisjes en niet in individuele nanobuisjes, die hiervoor nodig zijn.

"De belangrijkste betekenis van ons werk is dat voor het eerst supergeleiding wordt gerealiseerd in een individuele nanobuis, " vertelde co-auteur Toshiya Ideue aan de Universiteit van Tokio: Phys.org . "Het stelt ons in staat om te zoeken naar exotische supergeleidende eigenschappen die voortkomen uit de karakteristieke (buisvormige of chirale) structuur."

De prestatie is alleen mogelijk met een nieuw tweedimensionaal supergeleidend materiaal genaamd wolfraamdisulfide, een soort overgangsmetaal dichalcogenide, dat is een nieuwe klasse van materialen die potentiële toepassingen hebben in de elektronica, fotonica, en andere gebieden. De wolfraamdisulfide-nanobuisjes zijn supergeleidend bij lage temperaturen met behulp van een methode die ionische vloeistofgating wordt genoemd en hebben ook een chirale structuur. In aanvulling, het is mogelijk om een ​​supergeleidende stroom door een individuele wolfraamdisulfide nanobuis te laten lopen.

Toen de onderzoekers een stroom door een van deze nanobuisjes lieten lopen en het apparaat afkoelden tot 5,8 K, de stroom werd supergeleidend - in dit geval wat betekent dat de normale weerstand met de helft is gedaald. Toen de onderzoekers een magnetisch veld evenwijdig aan de nanobuis aanbrachten, ze observeerden kleine antisymmetrische signalen die slechts in één richting reizen. Deze signalen zijn verwaarloosbaar klein in niet-chirale supergeleidende materialen, en de onderzoekers leggen uit dat de chirale structuur verantwoordelijk is voor het sterk versterken van deze signalen.

"Het asymmetrische elektrische transport wordt alleen gerealiseerd wanneer een magnetisch veld evenwijdig aan de buisas wordt aangelegd, Ideue zei. "Als er geen magnetisch veld is, stroom moet symmetrisch vloeien. We merken op dat elektrische stroom asymmetrisch moet zijn (als het magnetische veld evenwijdig aan de buisas wordt aangelegd), zelfs in de normale toestand (niet-supergeleidend gebied), maar we konden nog geen waarneembare signalen zien in de normale toestand, interessant, het toont een grote verbetering in het supergeleidende gebied."

Momenteel, de onderzoekers weten niet precies wat het asymmetrische elektrische transport in de chirale supergeleidende nanobuisjes veroorzaakt. Ze zijn van plan om deze mechanismen in de toekomst verder te onderzoeken, die nieuw inzicht zou onthullen in de relatie tussen supergeleiding en chiraliteit.

"Ons volgende plan is om het microscopische mechanisme van de waargenomen verschijnselen te begrijpen, "Zei Ideue. "Bovendien, we zullen proberen de universaliteit van het niet-wederkerige supergeleidende transport en de verbetering ervan in het supergeleidende gebied te verifiëren."

Hoewel het misschien nog te vroeg is om te zeggen wat voor soort toepassingen chirale supergeleiding zou kunnen hebben, de onderzoekers leggen uit dat het eenrichtingseffect overeenkomsten vertoont met bestaande technologieën.

"Eén ding dat we kunnen zeggen is dat niet-wederkerig elektrisch transport kan worden begrepen als een 'rectificatie-effect' of 'diode-achtige functionaliteit' (als het groot is), zodat het kan worden gebruikt om een ​​'supergeleidende diode' te realiseren die potentieel zou kunnen hebben toepassingen voor supergeleidende circuits, ' zei Idee.

© 2017 Fys.org