Een team onder leiding van onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Solid State Research in Duitsland heeft een ongebruikelijke asymmetrie waargenomen in de rangschikking van elektronen in nieuw ontdekte materialen op ijzerbasis die supergeleidend zijn bij hoge temperaturen. De bevindingen dagen de huidige theorieën uit en kunnen helpen bij het ontwerpen van efficiëntere supergeleiders.

Supergeleiders zijn materialen die elektriciteit zonder weerstand geleiden, waardoor ze veelbelovend zijn voor verschillende toepassingen, zoals hogesnelheidstreinen, energiezuinige elektriciteitsleidingen en medische beeldvorming. Op ijzer gebaseerde supergeleiders, ontdekt in 2008, zijn een klasse materialen die het potentieel hebben om bij hogere temperaturen te werken dan conventionele supergeleiders, waardoor energieverliezen worden verminderd.

In de studie, gepubliceerd in het tijdschrift "Nature Physics", onderzochten de onderzoekers de elektronische structuur van op ijzer gebaseerde supergeleiders met behulp van een techniek genaamd hoek-opgeloste foto-emissiespectroscopie (ARPES). Met deze techniek konden ze de energie en het momentum van elektronen in het materiaal meten, wat inzicht gaf in de elektronische eigenschappen van het materiaal en de mechanismen die aanleiding geven tot supergeleiding.

Verrassend genoeg observeerde het team een ​​opvallende asymmetrie in de elektronische structuur, vooral in de rangschikking van elektronen rond de ijzeratomen. Deze asymmetrie daagde bestaande theoretische modellen uit, die een meer symmetrische opstelling hadden voorspeld.

"De waargenomen elektronische asymmetrie leek op een vingerafdruk die door geen enkele van de huidige theorieën kon worden verklaard", zegt hoofdauteur Dr. Alexander Fedorov van het Max Planck Instituut voor Solid State Research.

Om een ​​dieper inzicht te krijgen, voerden de onderzoekers aanvullende experimenten en theoretische berekeningen uit. Ze ontdekten dat de asymmetrie voortkomt uit interacties tussen de elektronen en de roostertrillingen in het materiaal. Deze interacties wijzigen de elektronische structuur, wat leidt tot de waargenomen asymmetrie.

De ontdekking van deze elektronische asymmetrie zou aanzienlijke gevolgen kunnen hebben voor de ontwikkeling van nieuwe supergeleiders. Door deze elektronische interacties te begrijpen en te beheersen, kunnen wetenschappers mogelijk materialen ontwerpen met nog hogere supergeleidende overgangstemperaturen en verbeterde prestaties.

"Onze bevindingen bieden een nieuw perspectief op de elektronische eigenschappen en mechanismen van supergeleiding in op ijzer gebaseerde materialen", zegt co-auteur Dr. Philipp Gegenwart, directeur van het Max Planck Instituut voor Solid State Research. "Ze maken de weg vrij voor de ontwikkeling van efficiëntere supergeleidende materialen voor verschillende toepassingen."

Verder onderzoek is nodig om de gevolgen van deze elektronische asymmetrie te onderzoeken en andere factoren te identificeren die de supergeleiding in op ijzer gebaseerde materialen beïnvloeden. Dit zou uiteindelijk kunnen leiden tot de realisatie van zeer efficiënte supergeleiders die werken bij bijna kamertemperatuur, wat een revolutie teweegbrengt in technologieën op energie-, transport- en medische gebieden.