Een mogelijke nieuwe stand van zaken wordt gerapporteerd in het tijdschrift Natuur , met onderzoek waaruit blijkt dat onder supergeleidende materialen in hoge magnetische velden, het fenomeen van elektronische symmetriebreking is gebruikelijk. Het vermogen om overeenkomsten en verschillen te vinden tussen materiaalklassen met fenomenen zoals deze, helpt onderzoekers de essentiële ingrediënten vast te stellen die nieuwe functionaliteiten zoals supergeleiding veroorzaken.

De hoogmagnetische veldtoestand van de zware fermion-supergeleider CeRhIn5 onthulde een zogenaamde elektronische nematische toestand, waarin de elektronen van het materiaal zodanig zijn uitgelijnd dat de symmetrie van het oorspronkelijke kristal wordt verminderd, iets dat nu universeel lijkt te zijn onder onconventionele supergeleiders. Onconventionele supergeleiding ontwikkelt zich nabij een fasegrens die magnetisch geordende en magnetisch ongeordende fasen van een materiaal scheidt.

"Het uiterlijk van de elektronische uitlijning, nematisch gedrag genoemd, in een prototypische heavy-fermion supergeleider benadrukt de onderlinge relatie van nematiciteit en onconventionele supergeleiding, wat suggereert dat nematiciteit gebruikelijk is bij gecorreleerde supergeleidende materialen, " zei Filip Ronning van het Los Alamos National Laboratory, hoofdauteur op het papier. Zware fermionen zijn intermetallische verbindingen, die zeldzame aarde- of actinide-elementen bevatten.

"Deze zware fermionmaterialen hebben een andere hiërarchie van energieschalen dan wordt aangetroffen in overgangsmetalen en organische materialen, maar ze hebben vaak vergelijkbare complexe en verweven fysica-koppelingsspin, lading en rooster vrijheidsgraden, " hij zei.

Het werk werd gemeld in Natuur door medewerkers van de Los Alamos Condensed Matter and Magnet Science-groep en medewerkers.

Met behulp van transportmetingen nabij het veld-afgestemde kwantumkritische punt van CeRhIn5 bij 50 Tesla, de onderzoekers observeerden een fluctuerende nematic-achtige toestand. Een nematische toestand is het meest bekend in vloeibare kristallen, waarbij de moleculen van de vloeistof evenwijdig zijn maar niet gerangschikt in een periodieke reeks. Nematic-achtige toestanden zijn waargenomen in overgangsmetaalsystemen in de buurt van magnetische en supergeleidende faseovergangen. Het optreden van deze eigenschap wijst op de correlatie van nematiciteit met onconventionele supergeleiding. Het verschil, echter, van de nieuwe nematische toestand die in CeRhIn5 wordt gevonden ten opzichte van andere systemen, is dat het gemakkelijk kan worden geroteerd door de richting van het magnetische veld.

Het gebruik van de gepulseerde veldmagneetfaciliteit van het National High Magnetic Field Laboratory in Los Alamos was essentieel, Ronning merkte op, vanwege de grote magnetische velden die nodig zijn om toegang te krijgen tot deze toestand. In aanvulling, een andere essentiële bijdrage was de fabricage van apparaten van micronformaat met behulp van gefocusseerd ionenstraalfrezen, uitgevoerd in Duitsland, waarmee de transportmetingen in grote magnetische velden mogelijk waren.

Supergeleiding wordt veel gebruikt in magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) en in deeltjesversnellers, magnetische fusieapparaten, en RF- en microgolffilters, onder andere gebruik.