Wetenschappers van het Weizmann Instituut hebben een enorme sprong voorwaarts gemaakt om het fenomeen supergeleiding te begrijpen:ze hebben 's werelds kleinste SQUID gemaakt - een apparaat dat wordt gebruikt om magnetische velden te meten - dat het wereldrecord voor gevoeligheid en resolutie heeft verbroken.

Supergeleiding is een kwantumfenomeen dat alleen optreedt wanneer bepaalde materialen worden afgekoeld tot extreem lage temperaturen. Vervolgens, ze verliezen alle weerstand tegen de stroom van elektriciteit en verdrijven de magnetische velden erin. Hoewel het in alles wordt gebruikt, van MRI-scanners tot deeltjesversnellers, wetenschappers begrijpen nog steeds niet volledig de fysica die ten grondslag ligt aan het gedrag van supergeleiders. Onder andere, supergeleidende materialen zijn te vinden in de SQUID's die worden gebruikt om supergeleidende eigenschappen te meten:SQUID staat voor Superconducting QUantum Interference Device.

Nano-SQUID's worden op sondes geplaatst om het magnetische veld op verschillende punten op een monster te scannen en te meten, het vormen van een afbeelding van het gehele oppervlak - een beetje zoals het maken van een warmtekaart van een hand door de temperatuur op afzonderlijke punten op de vingers en handpalmen te meten.

Zelfs zeer gevoelige SQUIDS bieden geometrische uitdagingen als het gaat om het scannen van materialen:ze moeten zo klein mogelijk zijn om de hoogste beeldresolutie te bereiken, en ze moeten zo dicht mogelijk bij het monster komen om de kleinste magnetische kenmerken af ​​te beelden. Postdoctorale onderzoekers Drs. Yonathan Anahory en Denis Vasyukov, en promovendus Lior Embon, samen met hun collega's in het lab van Prof. Eli Zeldov van de afdeling Condensed Matter Physics, zijn de uitdaging aangegaan – zoals gerapporteerd in Natuur Nanotechnologie – dankzij een unieke opstelling:ze namen een holle kwartsbuis en trokken deze in een zeer scherpe punt; slaagde er vervolgens in een SQUID te fabriceren die de punt omcirkelde en slechts 46 nm in diameter meet - de kleinste SQUID tot nu toe. Vervolgens construeerden ze een scanningmicroscoop rond de punt - een prestatie waarmee ze magnetische beelden konden maken op afstanden van slechts enkele nanometers van het monster. De huidige productiemethoden van SQUID's beperken hun grootte en hun vermogen om heel dicht bij een oppervlak te komen.

"We hebben het tegenovergestelde probleem:we moeten voorkomen dat de sonde in het monster 'crasht', " zegt Embon. "Hoewel er SQUID's zijn met een hogere gevoeligheid voor uniforme magnetische velden, de combinatie van hooggevoeligheid, de nabijheid van de sonde tot het monster en de minuscule afmetingen maken de algehele nauwkeurigheid van het apparaat recordbrekend." Deze "nano-SQUID-on-tip" zou, in de toekomst, het magnetische veld kunnen meten van de spin van een enkel elektron - de heilige graal van magnetische beeldvorming.

Volgens Zeldov, die het nieuwe apparaat al gebruikt om supergeleidende verschijnselen in zijn laboratorium te onderzoeken, deze uitvinding zal hopelijk niet alleen leiden tot een beter begrip van supergeleiding en vortexstroming voor de effectieve toepassing van supergeleidertechnologie, maar zal helpen bij het verkrijgen van inzicht in nieuwe fysieke verschijnselen. Als een verrassende, toegevoegde bonus, de nieuwe SQUID blijkt veel andere materialen dan supergeleiders te kunnen meten.