Een onderzoeksteam onder leiding van Shunsuke Yoshizawa, ICYS-onderzoeker, NIMS, Takashi Uchihashi, leider van de Surface Quantum Phase Materials Group, MANA, NIMS, Emi Minamitani, assistent professor, Technische school, Universiteit van Tokio, Toshihiko Yokoyama, professor, IMS, NINS, en Kazuyuki Sakamoto, professor, Graduate School of Advanced Integration Science, Chiba-universiteit, slaagde erin om de overgangstemperatuur van supergeleiders op atomaire schaal nauwkeurig te regelen met behulp van magnetische organische moleculen. Het team identificeerde ook het controlemechanisme.

Atoomlaagmaterialen, inclusief grafeen, zijn de afgelopen jaren actief onderzocht. Vooral, veel aandacht is besteed aan ontdekkingen van supergeleidende atomaire laagmaterialen met een hoge overgangstemperatuur. Deze materialen zijn superieur aan bulkmaterialen doordat hun supergeleidende eigenschappen kunnen worden gecontroleerd door middel van dragerdotering van hun oppervlakken/interfaces. Echter, het was moeilijk om het mechanisme van dragerdoping op microscopisch niveau te begrijpen.

Het onderzoeksteam is er onlangs voor het eerst in geslaagd om de overgangstemperatuur van supergeleidende atoomlagen nauwkeurig te regelen met behulp van organische moleculen. Om dit te behalen, het team fabriceerde een ideale heterostructuur bestaande uit een supergeleidende atoomlaag en een laag van zeer geordende organische moleculen bovenop de atoomlaag. De creatie van de heterostructuur stelde het team in staat een gedetailleerd onderzoek uit te voeren naar het mechanisme achter de dotering van atomaire laagmaterialen. Bijgevolg, de analyse onthulde dat de metaalatomen in het centrum van de organische moleculen elektronenspins vasthielden, die magnetisme kunnen opwekken. In aanvulling, het team ontdekte dat verandering in supergeleidende overgangstemperatuur sterk wordt beïnvloed door concurrentie tussen elektronenlading en spin in de organische moleculen. Bovendien, het team ontdekte dat het spin-effect wordt bepaald door de richting van elektronenorbitalen, die kan worden gezien als "verborgen vrijheidsgraden" in moleculen.

In het licht van deze resultaten, de onderzoekers streven ernaar om supergeleidende eigenschappen sterk te verbeteren, d.w.z. supergeleidende overgangstemperatuur, van deze heterostructuren. Nadat een dergelijke verbetering is aangebracht, de onderzoekers hopen supergeleidende materialen op een groot aantal verschillende gebieden toe te passen, zodat de technologie milieu- en energieproblemen helpt verlichten en de duurzame ontwikkeling van de samenleving ondersteunt.

Deze studie is gepubliceerd in Nano-letters , een tijdschrift van de American Chemical Society, op 30 maart, 2017.