Een team van wetenschappers van het Ames National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie en het SLAC National Accelerator Laboratory hebben nieuwe gegevens en analyses geleverd over nikkelaten met oneindige lagen. Dit materiaal is een recent ontdekte klasse van onconventionele supergeleiders. De resultaten bieden nieuwe inzichten in hoe deze supergeleiders werken en hoe ze verschillen van andere supergeleiders.

Het artikel 'Evidence for d-wave supergeleiding van oneindige laag nikkelaten uit energiezuinige elektrodynamica' is gepubliceerd in Nature Materials .

Van supergeleiding is sprake wanneer een materiaal elektriciteit geleidt zonder energieverlies onder een kritische temperatuur. Supergeleiders worden gebruikt in technologie zoals MRI-machines en kwantumcomputers.

Er zijn twee soorten supergeleiders:conventionele en onconventionele. Het belangrijkste verschil tussen de twee typen is de kritische temperatuur. Conventionele supergeleiders werken doorgaans bij ultralage temperaturen. Veel onconventionele supergeleiders werken bij hogere (hoewel nog steeds zeer lage) temperaturen. Onderzoekers zoeken naar hogere temperaturen om nieuwe toepassingen voor supergeleiders mogelijk te maken, maar ook om de mechanismen te onthullen die aanleiding geven tot dit onconventionele gedrag.

Volgens Jigang Wang, een wetenschapper bij Ames Lab, zijn supergeleiders ook op elektronisch niveau verschillend. Wanneer een supergeleider zijn kritische temperatuur bereikt, worden elektronenparen gevormd die Cooper-paren worden genoemd. Deze Cooper-paren creëren een supergeleidende kloof. Deze opening is de minimale energie die nodig is om elektronen afzonderlijk in beweging te krijgen.

Bij conventionele supergeleiders is de opening in alle richtingen even groot (bijvoorbeeld bij s-golfsupergeleiding). In onconventionele supergeleiders kan de grootte van de opening echter verschillen, afhankelijk van de richting waarin de elektronen stromen (bijvoorbeeld bij d-golf-supergeleiding).

"Een van de meest recente en potentieel baanbrekende onconventionele supergeleiders zijn nikkelaten met oneindige lagen", zegt Bing Cheng, een postdoctoraal onderzoeker in Wang's Lab. Dit materiaal werd oorspronkelijk ontdekt door Harold Hwang van SLAC, ook onderdeel van het onderzoeksteam.

Nikkelaten met een oneindig aantal lagen zijn extreem dun en complex en bestaan ​​als films op andere materialen. Deze eigenschappen maken het moeilijk om de conventionele hulpmiddelen te gebruiken voor het onderzoeken van de fundamentele eigenschappen van deze supergeleiders.

Om deze uitdaging aan te pakken, gebruikte Wang's team van Ames Lab hun expertise op het gebied van terahertz-golfspectroscopie om de nikkelaten te onderzoeken. Met deze tools maten ze de spleetgroottes en ontdekten ze snelle supergeleidende fluctuaties wanneer het materiaal dichtbij of boven de kritische temperatuur is.

Hun resultaten bevestigden dat het materiaal een d-golf-supergeleiding heeft, die vergelijkbaar is met sommige onconventionele supergeleiders geïdentificeerd door Zhi-Xun Shen, een lid van het team van Stanford University. Shen heeft meer dan dertig jaar gewijd aan het ontrafelen van de geheimen van d-golf-supergeleiding.

Volgens Wang is het begrijpen van de aard van onconventionele supergeleiding vandaag de dag nog steeds een van de grootste uitdagingen in de gecondenseerde materie en materiaalfysica. "Er zijn nog steeds discussies over wat de elektronen in Cooper-paren lijmt", zei hij. Het begrijpen van deze nikkelaten zou echter een oplossing kunnen bieden voor deze al lang bestaande puzzel.

Meer informatie: Bing Cheng et al, Bewijs voor d-golf-supergeleiding van nikkelaten met oneindige lagen uit energiezuinige elektrodynamica, Nature Materials (2024). DOI:10.1038/s41563-023-01766-z

Journaalinformatie: Natuurmaterialen

Geleverd door Ames National Laboratory