Geen elektrische weerstand bij kamertemperatuur? Een materiaal met deze eigenschap, d.w.z. een supergeleider bij kamertemperatuur, zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de energiedistributie. Maar tot nu toe, de oorsprong van supergeleiding bij hoge temperatuur wordt slechts onvolledig begrepen. Wetenschappers van de Universität Hamburg en de Cluster of Excellence "CUI:Advanced Imaging of Matter" zijn erin geslaagd sterke bewijzen van superfluïditeit in een centraal modelsysteem waar te nemen, voor het eerst een tweedimensionale gaswolk. De wetenschappers rapporteren over hun experimenten in het tijdschrift Wetenschap , die het mogelijk maken om belangrijke kwesties van supergeleiding bij hoge temperaturen te onderzoeken in een zeer goed gecontroleerd modelsysteem.

Er zijn dingen die niet mogen gebeuren. Bijvoorbeeld, water kan niet door de glazen wand van het ene glas naar het andere stromen. Verrassend genoeg, kwantummechanica maakt dit mogelijk, op voorwaarde dat de barrière tussen de twee vloeistoffen dun genoeg is. Vanwege het kwantummechanische tunneleffect, deeltjes kunnen de barrière binnendringen, zelfs als de barrière hoger is dan het niveau van de vloeistoffen. Nog opmerkelijker, deze stroom kan zelfs vloeien wanneer het niveau aan beide zijden gelijk is of de stroom lichtjes bergopwaarts moet vloeien. Voor deze, echter, de vloeistoffen aan beide zijden moeten supervloeibaar zijn, d.w.z. ze moeten zonder wrijving om obstakels heen kunnen stromen.

Dit opvallende fenomeen werd voorspeld door Brian Josephson tijdens zijn proefschrift, en het is van zo'n fundamenteel belang dat hij er de Nobelprijs voor kreeg. De stroom wordt alleen aangedreven door het golfkarakter van de superfluïden en kan, onder andere, zorg ervoor dat de superfluïde heen en weer begint te oscilleren tussen de twee kanten - een fenomeen dat bekend staat als Josephson-oscillaties.

Het Josephson-effect werd voor het eerst waargenomen in 1962 tussen twee supergeleiders. In het experiment kon - in directe analogie met de waterstroom zonder niveauverschil - een elektrische stroom door een tunnelcontact vloeien zonder aangelegde spanning. Met deze ontdekking, er was een indrukwekkend bewijs geleverd dat het golfkarakter van materie in supergeleiders zelfs op macroscopisch niveau kan worden waargenomen.

Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, de wetenschappers in de groep van prof. Henning Moritz zijn erin geslaagd Josephson-oscillaties waar te nemen in een tweedimensionaal (2-D) Fermi-gas. Deze Fermi-gassen bestaan ​​uit een "adem van niets, " namelijk een gaswolk van slechts een paar duizend atomen. Als ze worden afgekoeld tot een paar miljoenste graad boven het absolute nulpunt, ze worden supervloeibaar. Ze kunnen nu worden gebruikt om supervloeistoffen te bestuderen waarin de deeltjes sterk met elkaar interageren en in slechts twee dimensies leven - een combinatie die centraal lijkt te staan ​​in supergeleiding bij hoge temperaturen, maar die nog steeds slechts onvolledig wordt begrepen.

"We waren verbaasd over hoe duidelijk de Josephson-oscillaties zichtbaar waren in ons experiment. Dit is een duidelijk bewijs van fasecoherentie in ons ultrakoude 2-D Fermi-gas, " zegt eerste auteur Niclas Luick. "De hoge mate van controle die we over ons systeem hebben, heeft ons ook in staat gesteld de kritische stroom te meten waarboven de superfluïditeit afbreekt."

"Deze doorbraak biedt ons veel nieuwe mogelijkheden om inzicht te krijgen in de aard van sterk gecorreleerde 2D-superfluïden, " zegt prof. Moritz, "Deze zijn van buitengewoon belang in de moderne natuurkunde, maar erg moeilijk om theoretisch te simuleren. Met ons experiment dragen we graag bij aan een beter begrip van deze kwantumsystemen."