Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben ontdekt dat kristallen van een recent ontdekt supergeleidend materiaal, een gelaagd bismut-chalcogenide met een viervoudige symmetrische structuur, vertoont slechts tweevoudige symmetrie in zijn supergeleiding. De oorsprong van supergeleiding in deze structuren is nog niet goed begrepen; deze bevinding suggereert een verband met een raadselachtige klasse van materialen die bekend staat als nematische supergeleiders en de buitengewone mechanismen waarmee supergeleiding kan ontstaan ​​bij gemakkelijker bereikbare temperaturen.

Supergeleiders zijn materialen zonder elektrische weerstand. Ze hebben al talloze toepassingen gezien voor krachtige elektromagneten, met name in medische magnetische resonantie beeldvorming (MRI) eenheden, waar ze worden gebruikt om de sterke magnetische velden te genereren die nodig zijn voor niet-invasieve beeldvorming met hoge resolutie. Echter, er bestaan ​​aanzienlijke barrières die een wijdverbreid gebruik verhinderen, b.v. voor krachtoverbrenging over lange afstanden. Het meest opvallende is dat conventionele supergeleiding pas ontstaat bij extreem lage temperaturen. De eerste "hoge temperatuur" supergeleiders werden pas in de tweede helft van de jaren tachtig gevonden, en de mechanismen achter hoe ze werken, worden nog steeds fel bediscussieerd.

In 2012, Prof Yoshikazu Mizuguchi van de Tokyo Metropolitan University is er voor het eerst in geslaagd om gelaagde bismut-chalcogenide-materialen te ontwerpen met afwisselende isolerende en supergeleidende lagen. (Chalcogeniden zijn materialen die elementen uit groep 16 van het periodiek systeem bevatten.) Nu, hetzelfde team heeft metingen gedaan aan enkele kristallen van het materiaal en ontdekte dat de rotatiesymmetrie-eigenschappen van de kristallijne structuur niet worden gerepliceerd in hoe de supergeleiding verandert met oriëntatie.

Het materiaal dat de groep bestudeerde, bestond uit supergeleidende lagen van bismut, zwavel en selenium, en isolerende lagen van lanthaan, fluor en zuurstof. belangrijk, de chalcogenidelagen hadden een viervoudige rotatiesymmetrie (of tetragonale) symmetrie, d.w.z. hetzelfde wanneer ze 90 graden werden geroteerd. Echter, toen het team de magnetoweerstand van het materiaal bij verschillende oriëntaties heeft gemeten, ze vonden alleen tweevoudige symmetrie, d.w.z. hetzelfde wanneer ze 180 graden worden gedraaid. Verdere analyses bij verschillende temperaturen suggereerden geen veranderingen in de structuur; zij kwamen tot de conclusie dat deze symmetriebreuk moet voortkomen uit de rangschikking van de elektronen in de laag.

Het concept van nematische fasen komt van vloeibare kristallen, waarin wanordelijk, amorfe arrays van staafachtige deeltjes kunnen in dezelfde richting wijzen, het breken van de rotatiesymmetrie terwijl het willekeurig over de ruimte wordt verdeeld. Zeer onlangs, de hypothese is dat iets soortgelijks in de elektronische structuur van materialen, elektronische nematiciteit, mogelijk achter de opkomst van supergeleiding in supergeleiders bij hoge temperaturen. Deze bevinding koppelt dit zeer aanpasbare systeem duidelijk aan supergeleiders voor hoge temperaturen, zoals koper en op ijzer gebaseerde materialen. Het team hoopt dat verder onderzoek kritische inzichten zal opleveren in hoe anders sterk verschillende materialen aanleiding geven tot soortgelijk gedrag. en hoe ze werken.