Wetenschappers hebben 's werelds kleinste supergeleider ontdekt, een vel van vier paar moleculen van minder dan een nanometer breed. De door de Ohio University geleide studie, zondag gepubliceerd als voorschot online publicatie in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie , levert het eerste bewijs dat moleculaire supergeleidende draden op nanoschaal kunnen worden gefabriceerd, die kunnen worden gebruikt voor elektronische apparaten op nanoschaal en energietoepassingen.

"Onderzoekers hebben gezegd dat het bijna onmogelijk is om verbindingen op nanoschaal te maken met behulp van metalen geleiders, omdat de weerstand toeneemt naarmate de draad kleiner wordt. De nanodraden worden zo heet dat ze kunnen smelten en vernietigen. Dat probleem, Joule verwarming, een grote barrière is geweest om apparaten op nanoschaal te realiseren, " zei hoofdauteur Saw-Wai Hla, een universitair hoofddocent natuurkunde en astronomie bij het Nanoscale en Quantum Phenomena Institute van de Universiteit van Ohio.

Supergeleidende materialen hebben een elektrische weerstand van nul, en kan dus grote elektrische stromen voeren zonder vermogensdissipatie of warmteontwikkeling. Supergeleiding werd voor het eerst ontdekt in 1911, en tot voor kort, werd beschouwd als een macroscopisch fenomeen. De huidige bevinding suggereert, echter, dat het op moleculaire schaal bestaat, die een nieuwe weg opent om dit fenomeen te bestuderen, zei Hla. Supergeleiders worden momenteel gebruikt in toepassingen variërend van supercomputers tot apparaten voor hersenbeeldvorming.

In de nieuwe studie die werd gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie, Hla's team onderzocht gesynthetiseerde moleculen van een soort organisch zout, (WEDDENSCHAPPEN) ₂ -GaCl ₄ , geplaatst op een oppervlak van zilver. Met behulp van scanning tunneling spectroscopie, de wetenschappers observeerden supergeleiding in moleculaire ketens van verschillende lengtes. Voor kettingen met een lengte van minder dan 50 nanometer, supergeleiding nam af naarmate de ketens korter werden. Echter, konden de onderzoekers het fenomeen nog waarnemen in ketens zo klein als vier paar moleculen, of 3,5 nanometer lang.

Om supergeleiding op deze schaal waar te nemen, de wetenschappers moesten de moleculen afkoelen tot een temperatuur van 10 Kelvin. Warmere temperaturen verminderden de activiteit. In toekomstige studies, wetenschappers kunnen verschillende soorten materialen testen die mogelijk supergeleidende draden op nanoschaal kunnen vormen bij hogere temperaturen, zei Hla.

"Maar we hebben een nieuwe manier gevonden om dit fenomeen te begrijpen, wat zou kunnen leiden tot nieuwe materialen die kunnen worden ontworpen om bij hogere temperaturen te werken, " hij zei.

Het onderzoek is ook opmerkelijk omdat het bewijs levert dat supergeleidende organische zouten kunnen groeien op een substraatmateriaal.

"Dit is ook van vitaal belang als men elektronische circuits op nanoschaal wil fabriceren met behulp van organische moleculen, ' voegde Hla eraan toe.