Wetenschappers over de hele wereld zijn druk op zoek naar chirale supergeleiders, waarvan wordt voorspeld dat ze ideaal zijn voor het bouwen van kwantumcomputers. Tot nu, het was niet eenvoudig om te bepalen of een materiaal duidelijk een chirale supergeleider is of niet. Samen met hun collega's in Stockholm, theoretisch natuurkundigen van de Universiteit Utrecht hebben onlangs ontdekt dat in chirale supergeleiders een uniek effect optreedt dat eenvoudig te meten zou moeten zijn. Behalve dat het interessant is vanuit een theoretisch perspectief, dit effect vereenvoudigt ook het zoeken naar een chirale supergeleider. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

"We laten zien dat je een elektrische stroom kunt opwekken door simpelweg dit type supergeleider op de juiste manier te vervormen, dus je hebt geen spanning of een magnetisch veld nodig. Het is als een soort origami elektrisch apparaat, " legt onderzoeksleider prof.dr. Cristine Morais Smith van de Universiteit Utrecht uit. "Als je het materiaal op een bijzondere manier buigt, een elektrische stroom begint te lopen, en het stopt wanneer je het terug buigt."

Majorana-deeltjes

Het verschil tussen een 'gewone' supergeleider en een chirale is dat de elektronen niet alleen paarsgewijs door het materiaal gaan, maar dat de elektronen in de paren ook om elkaar heen draaien. Dit levert een interessant effect op:zogenaamde Majorana-deeltjes kunnen zich vormen aan de uiteinden van een draad gemaakt van een chirale supergeleider. Deze deeltjes zijn naar verwachting de ideale kwantumbits voor een kwantumcomputer. Het bestaan ​​van Majorana-deeltjes werd in 1937 voorspeld door de Italiaanse theoretisch natuurkundige Ettore Majorana, maar is pas recentelijk experimenteel waargenomen door natuurkundigen van de TU Eindhoven en de TU Delft.

Magneetzweeftrein

Een gewone supergeleider kan een elektrische stroom opwekken als er een magneet in de buurt wordt geplaatst. Dit wordt het Meissner-effect genoemd. De stroom in de supergeleider creëert een tegengesteld magnetisch veld dat het veld van de magneet opheft. Een van de meest opmerkelijke toepassingen van het Meissner-effect zijn de Maglev-treinen in China en Japan, die snelheden van 600 kilometer per uur kan halen door boven het spoor te zweven.

De natuurkundigen in Utrecht en Stockholm hebben nu theoretisch aangetoond dat een soortgelijk effect kan optreden in een extreem dunne (tweedimensionale) laag van een chirale supergeleider wanneer deze wordt gebogen zoals in de afbeeldingen. Buigen lijkt een magnetisch veld te creëren in de supergeleider, wat betekent dat er een elektrische stroom door loopt. Dit is een geometrische versie van het Meissner-effect.

"In een tweedimensionale chirale supergeleider, alle elektronenparen roteren in hetzelfde vlak. Het buigen van het materiaal verstoort het verloop van de elektronen. Om het effect van die verstoring op te heffen, er ontstaat een magnetisch veld, " legt Dr. Anton Quelle uit, die een deel van zijn proefschrift over dit onderwerp schreef. "De algemene regel voor dit geometrische Meissner-effect is dat in tweedimensionale chirale supergeleiders, buiging plus magnetisch veld moet gelijk zijn aan nul. Dit is vergelijkbaar met het gewone Meissner-effect, waarin het interne magnetische veld dat wordt gegenereerd gelijk is aan maar tegengesteld aan het externe magnetische veld, dus het heft het veld rond de supergeleider op."

In een gewone supergeleider, het Meissner-effect voorkomt dat een magnetisch veld zich loodrecht op het oppervlak ontwikkelt. Dus als zo'n magnetisch veld wordt gezien, het is 'smoking gun'-bewijs dat de supergeleider chiraal is, legt Morais Smith uit. Hoewel het magnetische veld extreem zwak is, het kan worden gemeten met behulp van een SQUID, een sensor die extreem zwakke magnetische velden kan detecteren.