Een groep onderzoekers uit Pisa, Jyväskylä, San Sebastian en MIT heeft aangetoond hoe een heterostructuur bestaande uit supergeleiders en magneten kan worden gebruikt om unidirectionele stroom te creëren zoals die wordt aangetroffen in halfgeleiderdiodes.

Deze nieuwe supergeleiderdiodes werken echter bij veel lagere temperaturen dan hun halfgeleider-tegenhangers en zijn daarom nuttig in kwantumtechnologieën.

Elektronica voor kwantumtechnologie

De meeste van onze alledaagse elektronische apparaten, zoals radio's, logische componenten of zonnepanelen, vertrouwen op diodes waar de stroom voornamelijk in één richting kan stromen. Dergelijke diodes zijn afhankelijk van de elektronische eigenschappen van halfgeleidersystemen die niet meer werken bij de ultralage temperaturen onder Kelvin die vereist zijn in de kwantumtechnologie van morgen. Supergeleiders zijn metalen waarvan de elektrische weerstand meestal nul is, maar wanneer ze in contact komen met andere metalen, kunnen ze een hoge contactweerstand vertonen.

Dit kan worden begrepen uit de energiekloof, die een verboden gebied aangeeft voor elektronische excitaties die zich in supergeleiders vormen. Het lijkt op de energiekloof in halfgeleiders, maar is meestal veel kleiner. Hoewel de aanwezigheid van een dergelijke kloof al tientallen jaren bekend is, is het diodeachtige kenmerk niet eerder waargenomen, omdat het de doorgaans robuuste symmetrie van de stroom-spanningskarakteristieken van het contact moet doorbreken.

Het nieuwe werk laat zien hoe deze symmetrie kan worden verbroken met behulp van een ferromagnetische isolator die op de juiste manier in de kruising is geplaatst. Aangezien een groot deel van het huidige onderzoek naar kwantumtechnologieën gebaseerd is op supergeleidende materialen die werken bij ultralage temperaturen, is deze innovatie voor hen direct beschikbaar.

Kracht van samenwerking

De onderzoeksbevinding is gemaakt als onderdeel van het SUPERTED-project, dat wordt gefinancierd in het kader van Future and Emerging Technologies (FET Open) van de EU. Dit project heeft tot doel 's werelds eerste supergeleidende thermo-elektrische detector van elektromagnetische straling te creëren, gebaseerd op supergeleider/magneet heterostructuren.

"Eigenlijk was het vinden van de diodefunctionaliteit een aangename verrassing, een gevolg van de grondige karakterisering van SUPERTED-samples", legt Elia Strambini uit, van Istituto Nanoscienze-CNR en Scuola Normale Superiore (SNS) in Pisa, die de eerste ontdekking deden.

Francesco Giazotto, van Istituto Nanoscienze – CNR en SNS die de experimentele inspanningen leidden, zegt dat hij gelooft dat "deze bevinding veelbelovend is voor verschillende taken in de kwantumtechnologie, zoals stroomcorrectie of stroombeperking."

Professor Tero Heikkilä, van de Universiteit van Jyväskylä, werkte aan de theorie achter het effect. Hij zegt dat "deze bevinding de kracht aantoonde van samenwerking tussen verschillende soorten onderzoekers, van materiaalwetenschap tot supergeleidende elektronica en theorie. Zonder Europese steun zou een dergelijke samenwerking niet plaatsvinden."

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications . + Verder verkennen

Een thermische supergeleidende quantuminterferentie-nabijheidstransistor