Onderzoekers in Frankrijk en Japan hebben een theoretische vorm van onconventionele supergeleiding aangetoond in een op uranium gebaseerd materiaal. volgens een studie gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

Door gebruik te maken van zeer hoge druk en een magnetisch veld, het team toonde aan dat het op uranium gebaseerde materiaal UBe13 triplet-supergeleiding vertoont. Dit is een fenomeen waarbij elektronen paren vormen in een parallelle spintoestand. In conventionele supergeleidende materialen, elektronen van tegengestelde spins paren samen, effectief elkaars spins opheffen.

"Tot nu, er zijn maar weinig duidelijke voorbeelden van triplet-supergeleiding, hoewel er in de afgelopen eeuw een aantal supergeleiders zijn ontdekt in verschillende metalen systemen, ", zegt materiaalwetenschapper Yusei Shimizu van de Tohoku University. "Onze drukexperimenten bij lage temperaturen hebben sterk bewijs geleverd voor spin-triplet supergeleiding in UBe13."

Materialen die supergeleidend worden, vaak bij lage temperaturen, laat elektriciteit er vrijwel zonder weerstand doorheen gaan, het minimaliseren van energieverlies in het proces. Dit fenomeen, aanvankelijk ontdekt in enkele zuivere metalen, is gevonden in een verbazingwekkende verscheidenheid aan verschillende systemen. Tussen deze, UBe13 was een van de vroegst ontdekte 'heavy-fermion' supergeleiders. De elektronen in zware fermion-metaalverbindingen lijken 1, 000 keer massiever dan elektronen in gewone metalen.

Met het nieuwe inzicht wetenschappers kunnen nu uitleggen wat er gebeurt in het raadselachtige uraniummateriaal UBe13 op atomaire schaal en hoe het werkt als een spin-triplet-supergeleider in magnetische velden.

Een team van Université Grenoble Alpes in Frankrijk en Tohoku University in Japan heeft de supergeleiding van UBe13 gemeten onder variërende hoge drukken bij zeer lage temperaturen (figuren). Ze ontdekten dat de supergeleidende toestand in dit materiaal met succes kan worden verklaard door een theoretisch model waarin elektronen zogenaamde Cooper-paren vormen met parallelle spins.

Dit gebeurt als een 'onconventionele supergeleidende grondtoestand' bij omgevings- en hoge drukken tot zes gigapascal. Ter vergelijking, diamanten smelten met behulp van een hoogenergetische laser bij een druk van 1,5 gigapascal. Deze eigenaardige supergeleidende toestand verklaart met succes de zeer raadselachtige aard van op uranium gebaseerde triplet-supergeleiders onder hoge magnetische velden.

Momenteel, supergeleiders vereisen zeer lage temperaturen voor topprestaties, daarom worden ze voornamelijk gebruikt in magnetische resonantiebeeldvormingsmachines en deeltjesversnellers. Begrijpen hoe verschillende materialen elektriciteit geleiden op atomaire schaal zou kunnen leiden tot een breder scala aan toepassingen.

Naast het aantonen van triplet-supergeleiding, de onderzoekers merken op dat UBe13 zou kunnen helpen bij het beantwoorden van meer algemene vragen. Bijvoorbeeld, de oppervlakte-excitaties van UBe13 kunnen geschikt zijn voor natuurkundigen om theoretische deeltjes te observeren die Majorana-fermionen worden genoemd, een exotisch type composietdeeltje dat zijn eigen antideeltje is en dat in de toekomst een revolutie teweeg kan brengen in kwantumcomputers.