Supergeleiders zijn de sleutel tot verliesvrije stroom. De realisatie van supergeleidende diodes is echter pas recent een belangrijk onderwerp van fundamenteel onderzoek geworden. Een internationaal onderzoeksteam met de theoretisch fysicus Mathias Scheurer van de Universiteit van Innsbruck is er nu in geslaagd een mijlpaal te bereiken:de realisatie van een supergeleidend diode-effect zonder extern magnetisch veld, waarmee de veronderstelling wordt bewezen dat supergeleiding en magnetisme naast elkaar bestaan. Ze rapporteren hierover in Natuurfysica .

Men spreekt van een supergeleidend diode-effect wanneer een materiaal zich in de ene stroomrichting als een supergeleider gedraagt ​​en in de andere als een weerstand. In tegenstelling tot een conventionele diode vertoont een dergelijke supergeleidende diode een volledig verdwijnende weerstand en dus geen verliezen in de voorwaartse richting. Dit zou de basis kunnen vormen voor toekomstige verliesvrije kwantumelektronica. Natuurkundigen slaagden er ongeveer twee jaar geleden voor het eerst in om het diode-effect te creëren, maar met enkele fundamentele beperkingen. "Destijds was het effect erg zwak en werd het gegenereerd door een extern magnetisch veld, wat erg nadelig is voor potentiële technologische toepassingen", legt Mathias Scheurer van het Instituut voor Theoretische Fysica van de Universiteit van Innsbruck uit.

De nieuwe experimenten uitgevoerd door experimentele natuurkundigen aan de Brown University, beschreven in het huidige nummer van Nature Physics , hebben geen extern magnetisch veld nodig. Naast de bovengenoemde toepassingsrelevante voordelen, bevestigen de experimenten een stelling die eerder door Mathias Scheurer werd getheoretiseerd:namelijk dat supergeleiding en magnetisme naast elkaar bestaan ​​in een systeem dat bestaat uit drie grafeenlagen die tegen elkaar zijn gedraaid. Het systeem genereert dus virtueel zijn eigen interne magnetische veld, waardoor een diode-effect ontstaat.

"Het diode-effect dat werd waargenomen door collega's van de Brown University was bovendien erg sterk. Bovendien kan de richting van de diode worden omgekeerd door een eenvoudig elektrisch veld. Samen maakt dit drielaags grafeen zo'n veelbelovend platform voor het supergeleidende diode-effect", verduidelijkt Mathias Scheurer, wiens onderzoek zich richt op tweedimensionale materialen, met name grafeen.

Veelbelovend materiaal grafeen

Het diode-effect beschreven in Natuurfysica werd ook geproduceerd met grafeen, een materiaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen die in een honingraatpatroon zijn gerangschikt. Het stapelen van meerdere lagen grafeen leidt tot geheel nieuwe eigenschappen, waaronder het vermogen van drie tegen elkaar gedraaide grafeenlagen om elektrische stroom zonder verlies te geleiden.

Het feit dat er een supergeleidend diode-effect bestaat zonder een extern magnetisch veld in dit systeem, heeft grote implicaties voor de studie van het complexe fysieke gedrag van gedraaid drielaags grafeen, omdat het het naast elkaar bestaan ​​​​van supergeleiding en magnetisme aantoont. Dit toont aan dat het diode-effect niet alleen technologisch relevant is, maar ook het potentieel heeft om ons begrip van fundamentele processen in de veellichamenfysica te verbeteren. + Verder verkennen

Een blik in een broodje grafeen