Onconventionele supergeleiders vormen een van de grote mysteries in de natuurkunde. Onder hen is strontiumruthenaat, die opvalt als een controversiële supergeleider. Tijdens zijn Ph.D., Leids natuurkundige Kaveh Lahabi heeft nieuwe inzichten gegeven in de aard van supergeleiding in dit materiaal, wat leidt tot een nieuw type supergeleidende junctie. Lahabi behaalde zijn Ph.D. cum laude.

Sinds Heike Kamerlingh Onnes in 1911 supergeleiding in Leiden ontdekte, natuurkundigen hebben geprobeerd te achterhalen waarom sommige materialen elektriciteit geleiden zonder enige weerstand. In 1957, Bardeen, Cooper en Schrieffer ontwikkelden de eerste theorie over hoe supergeleiding op microscopisch niveau werkt door elektronenparen. In de volgende decennia echter, er werden nieuwe supergeleiders gevonden die niet door deze theorie konden worden beschreven. Deze worden onconventionele supergeleiders genoemd, waaronder strontiumruthenaat (Sr ₂ RuO ₄ ) onderscheidt zich als een van de meest controversiële. Dit komt omdat bij de supergeleidende overgang de elektronenparen iets ongewoons lijken te doen:hun elektronen beginnen spontaan om elkaar heen te draaien.

Chirale domeinen

Omdat de orbitale beweging van de gepaarde elektronen met de klok mee of tegen de klok in kan zijn, theoretici hebben voorgesteld dat de supergeleider zich spontaan verdeelt in domeinen waar alle elektronen dezelfde baanbeweging hebben - chirale domeinen. Ondanks talrijke inspanningen in de afgelopen twee decennia, dergelijke domeinen zijn nooit direct waargenomen. Tijdens zijn Ph.D., Leids natuurkundige Kaveh Lahabi heeft, in samenwerking met een groep van de Universiteit van Kyoto, leverde voor de eerste keer sterk bewijs voor het bestaan ​​van zogenaamde muren van chirale domeinen - de grens tussen twee chirale domeinen.

Domeinmuur als knooppunt

Lahabi met zijn supervisor Jan Aarts en het Kyoto-team ontdekten dat een chirale domeinmuur zou kunnen fungeren als een ongebruikelijk type Josephson-junctie, die traditioneel bestaat uit twee supergeleiders gescheiden door een zwakke schakel. Bij conventionele elektronica elektronen worden aangedreven door een potentiaalverschil, bijvoorbeeld via een batterij. In supergeleiders echter, geen elektrisch veld kan bestaan, en er kan geen potentiaalverschil zijn. In plaats daarvan, een supergeleidende stroom wordt aangedreven door het verschil in de kwantummechanische fase (ϕ) van supergeleiders, die gewoonlijk wordt veroorzaakt door een externe stimulus zoals een magnetisch veld.

Bij een chirale domeinmuur echter, een superstroom kan zelfs stromen als er geen externe stimulus aanwezig is. De door Lahabi en zijn collega's gevonden knooppunten in strontiumruthenaat vertonen tekenen van een intrinsiek faseverschil (0 <ϕ <π), wat zou resulteren in een spontane stroom die vloeit tussen aangrenzende chirale domeinen. Zo'n knooppunt zou de mogelijkheid kunnen hebben om superstromen op te slaan en te dienen als een supergeleidende "batterij, " met toekomstige toepassingen zoals supergeleidend geheugen en kwantumberekening.