Een internationale FLEET-samenwerking die een recensie van atomair dunne 'hoge temperatuur' supergeleiders publiceert, ontdekt dat elk een gemeenschappelijk aandrijfmechanisme heeft:interfaces.

Het team, waaronder onderzoekers van de Universiteit van Wollongong, Monash University en Tsinghua University (Beijing), ontdekte dat interfaces tussen materialen de sleutel waren tot supergeleiding in alle onderzochte systemen.

De verbetering van supergeleiding op grensvlakken (interface-supergeleidingsverbeteringseffect) in atomair dunne supergeleiders is een uniek hulpmiddel voor het ontdekken van nieuwe hoge-temperatuur-supergeleiders, en zou kunnen worden gebruikt om eindelijk het ongrijpbare mechanisme achter supergeleiding bij hoge temperaturen te ontgrendelen.

Bestudeerde systemen zijn onder meer:

• elementaire metalen gekweekt op halfgeleiders
• enkellaags op ijzer gebaseerde supergeleiders
• atomair dunne cuprate (op koper gebaseerde) supergeleiders

De review onderzocht de rol van moleculaire bundelepitaxie (MBE), scanning tunneling spectroscopie (STM/STS), scanning transmissie elektronenmicroscopie (STEM), meetsysteem voor fysieke eigenschappen (PPMS), bij het fabriceren en identificeren van atomair dunne supergeleiders.

Supergeleiders:een achtergrond

Atomair dunne supergeleiders (op ijzerbasis of op koperbasis) zijn een soort 'hoge temperatuur' (Type II of onconventionele) supergeleider omdat ze een overgangstemperatuur (Tc) hebben die veel hoger is dan een paar graden Kelvin boven het absolute nulpunt.

De drijvende kracht achter dergelijke Type II-supergeleiders is sinds hun ontdekking in de jaren tachtig ongrijpbaar gebleven. In tegenstelling tot 'conventionele' supergeleiders, het is duidelijk dat ze niet direct kunnen worden begrepen vanuit de BCS (Bardeen, Kuiper, en Schrieffer) elektron-fonon koppelingstheorie.

Bij opeenvolgende ontdekkingen is de overgangstemperatuur Tc steeds hoger opgedreven, en in het laatste decennium is er aanzienlijke vooruitgang geboekt in het gebruik van atomair dunne supergeleiders, zowel op ijzer- als koperbasis.

Deze nieuwe ontdekkingen dagen de huidige theorieën over het supergeleidende mechanisme van onconventionele supergeleiders uit en geven veelbelovende nieuwe richtingen aan voor het realiseren van high-Tc supergeleiders.

"Het uiteindelijke doel van het onderzoek naar supergeleiding is het vinden van supergeleiders met een supergeleidende overgangstemperatuur (Tc) op of hoger dan kamertemperatuur, " zegt hoofdauteur Dr. Zhi Li (Universiteit van Wollongong).

De review paper Atomically dunne supergeleiders werd gepubliceerd in het tijdschrift Klein in mei 2020.