Onderzoekers van EPFL hebben een metalen microdevice gemaakt waarin ze patronen van supergeleiding kunnen definiëren en afstemmen. Hun ontdekking, die een grote belofte inhoudt voor de kwantumtechnologieën van de toekomst, is zojuist gepubliceerd in Wetenschap .

Bij supergeleiders, elektronen reizen zonder weerstand. Dit fenomeen doet zich momenteel alleen voor bij zeer lage temperaturen. Er zijn veel praktische toepassingen, zoals magnetische resonantie beeldvorming (MRI). Toekomstige technologieën, echter, zal de totale synchronie van elektronisch gedrag in supergeleiders benutten - een eigenschap die de fase wordt genoemd. Er is momenteel een race om 's werelds eerste kwantumcomputer te bouwen, die fasen zal gebruiken om berekeningen uit te voeren. Conventionele supergeleiders zijn zeer robuust en moeilijk te beïnvloeden, en de uitdaging is om nieuwe materialen te vinden waarin de supergeleidende toestand gemakkelijk kan worden gemanipuleerd in een apparaat.

EPFL's laboratorium voor kwantummaterialen (QMAT), onder leiding van Philip Moll, heeft gewerkt aan een specifieke groep onconventionele supergeleiders die bekend staat als zware fermionmaterialen. De QMAT-wetenschappers, als onderdeel van een brede internationale samenwerking tussen EPFL, het Max Planck Instituut voor Chemische Fysica van vaste stoffen, het Los Alamos National Laboratory en de Cornell University, deed een verrassende ontdekking over een van deze materialen, CeIrIn ₅ .

CeIrIn ₅ is een metaal dat supergeleidend is bij een zeer lage temperatuur, slechts 0,4°C boven het absolute nulpunt (rond -273°C). De QMAT-wetenschappers, samen met Katja C. Nowack van Cornell University, hebben nu aangetoond dat dit materiaal kan worden geproduceerd met supergeleidende gebieden die naast gebieden in een normale metallische toestand naast elkaar bestaan. Nog steeds beter, ze produceerden een model waarmee onderzoekers complexe geleidende patronen kunnen ontwerpen en, door de temperatuur te variëren, om ze op een zeer gecontroleerde manier binnen het materiaal te verspreiden. Hun onderzoek is zojuist gepubliceerd in Wetenschap .

Om deze prestatie te bereiken, de wetenschappers sneden zeer dunne lagen CeIrIn ₅ - slechts ongeveer een duizendste van een millimeter dik - dat ze zich aansloten op een saffiersubstraat. Wanneer afgekoeld, het materiaal trekt aanzienlijk samen, terwijl de saffier heel weinig samentrekt. De resulterende interactie legt de nadruk op het materiaal, alsof het in alle richtingen wordt getrokken, waardoor de atomaire bindingen in de plak enigszins worden vervormd. Als de supergeleiding in CeIrIn ₅ is ongewoon gevoelig voor de exacte atomaire configuratie van het materiaal, het ontwerpen van een vervormingspatroon is alles wat nodig is om een ​​complex patroon van supergeleiding te bereiken. Met deze nieuwe benadering kunnen onderzoekers supergeleidende schakelingen "tekenen" op een enkele kristallen staaf, een stap die de weg vrijmaakt voor nieuwe kwantumtechnologieën.

Deze ontdekking betekent een grote stap voorwaarts in het beheersen van supergeleiding in zware fermionmaterialen. Maar dat is niet het einde van het verhaal. In navolging van dit project, een post-doc onderzoeker is net begonnen met het verkennen van mogelijke technologische toepassingen.

"We konden, bijvoorbeeld, verander de gebieden van supergeleiding door de vervorming van het materiaal te wijzigen met behulp van een microactuator, ", zegt Moll. "De mogelijkheid om supergeleidende regio's op een chip te isoleren en te verbinden, zou ook een soort schakelaar kunnen creëren voor toekomstige kwantumtechnologieën, een beetje zoals de transistors die in de hedendaagse computergebruik worden gebruikt."