Een significant verschil tussen de supergeleiding in twee belangrijke onconventionele supergeleidende systemen is gevonden door drie theoretische natuurkundigen van RIKEN. Deze bevinding biedt fysici waardevolle aanwijzingen om beter te begrijpen hoe supergeleiding in deze systemen werkt.

De weerstandsloze stroom van elektriciteit, of supergeleiding, kan grofweg worden onderverdeeld in twee categorieën:conventioneel en onconventioneel. Het mechanisme voor conventionele supergeleiding is al meer dan 60 jaar bekend, terwijl het mechanisme voor onconventionele supergeleiding nog niet volledig is ontrafeld. Vaststellen hoe supergeleiding werkt in onconventionele supergeleiders zou een belangrijke stap zijn in de richting van het lang gewenste doel om supergeleiding bij kamertemperatuur te realiseren.

Onconventionele supergeleiding komt voor in verschillende materialen. De meest bekende zijn koperoxiden genaamd cupraten, die supergeleiden bij relatief hoge temperaturen. Een paar moleculaire geleiders - organische verbindingen die elektriciteit geleiden - vertonen ook een onconventionele supergeleiding. Natuurkundigen hebben besproken of de supergeleiding in cuprates en moleculaire geleiders afkomstig is van vergelijkbare mechanismen.

"De supergeleidingsmechanismen in cuprates en moleculaire geleiders staan ​​ter discussie, " merkt hoofdwetenschapper Seiji Yunoki op. "De twee systemen hebben veel overeenkomsten, maar ook enkele verschillen."

Nutsvoorzieningen, Yunoki en Hiroshi Watanabe van het RIKEN Computational Condensed Matter Physics Laboratory en Hitoshi Seo van het RIKEN Condensed Matter Theory Laboratory hebben theoretisch de elektronische eigenschappen van een moleculaire geleider berekend op basis van de zwavelhoudende organische verbinding bis(ethyleendithio)tetrathiafulvaleen (BEDT-TTF) .

Vooral, ze onderzochten hoe het toevoegen van elektronen de elektronische eigenschappen ervan beïnvloedt. Het trio onderzocht ook wat er gebeurt als elektronen worden verwijderd, wat gelijk staat aan het toevoegen van 'gaten' - gaten in de moleculaire structuur zonder elektronen. Ze ontdekten dat er twee verschillende soorten supergeleiding zijn die verschillende symmetrieën hebben - de ene heeft de voorkeur wanneer elektronen worden toegevoegd, terwijl de andere de voorkeur heeft wanneer gaten worden toegevoegd.

Deze theoretische voorspelling is onlangs in grote lijnen bevestigd door een experimenteel onderzoek uitgevoerd door een team van experimentatoren van RIKEN.

Dit verschilt van wat er gebeurt in cuprates. De onderzoekers schrijven dit verschil toe aan het feit dat de kristalstructuur van de moleculaire geleider zodanig is dat verschillende toestanden energetisch met elkaar concurreren. Als resultaat, ze schakelen tussen elkaar wanneer er subtiele veranderingen in parameters zijn. Dit fenomeen staat bekend als geometrische frustratie.

"Onze simulatie geeft aan dat het supergeleidingsmechanisme in ons systeem in de meest strikte zin anders is omdat het geometrische frustratie heeft, overwegende dat er geen frustratie is in cuprates, ' zegt Watanabe.

Het team wil nu onderzoeken wat er met hun moleculaire geleider gebeurt bij hogere temperaturen.