Bij supergeleidende materialen een elektrische stroom zal vloeien zonder enige weerstand. Er zijn nogal wat praktische toepassingen van dit fenomeen; echter, veel fundamentele vragen blijven vooralsnog onbeantwoord. Universitair hoofddocent Justin Ye, hoofd van de groep Device Physics of Complex Materials aan de Rijksuniversiteit Groningen, bestudeerde supergeleiding in een dubbele laag molybdeendisulfide en ontdekte nieuwe supergeleidende toestanden. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie op 4 nov.

Supergeleiding is aangetoond in monolaagkristallen van, bijvoorbeeld, molybdeendisulfide of wolfraamdisulfide met een dikte van slechts drie atomen. "In beide monolagen, er is een speciaal type supergeleiding waarbij een intern magnetisch veld de supergeleidende toestand beschermt tegen externe magnetische velden, " Ye legt uit. Normale supergeleiding verdwijnt wanneer een groot extern magnetisch veld wordt aangelegd, maar deze Ising-supergeleiding is sterk beschermd. Zelfs in het sterkste statische magnetische veld in Europa, met een sterkte van 37 Tesla, de supergeleiding in wolfraamdisulfide vertoont geen verandering. Echter, hoewel het geweldig is om zo'n sterke bescherming te hebben, de volgende uitdaging is om een ​​manier te vinden om dit beschermende effect te beheersen, door een elektrisch veld aan te leggen.

Nieuwe supergeleidende toestanden

Ye en zijn medewerkers bestudeerden een dubbele laag molybdeendisulfide:"In die configuratie, de interactie tussen de twee lagen creëert nieuwe supergeleidende toestanden." Ye creëerde een zwevende dubbele laag, met aan beide zijden een ionische vloeistof die kan worden gebruikt om een ​​elektrisch veld over de dubbellaag te creëren. "In de individuele monolaag, zo'n veld zal asymmetrisch zijn, met positieve ionen aan de ene kant en negatieve ladingen aan de andere kant. Echter, in de dubbellaag, we kunnen dezelfde hoeveelheid lading geïnduceerd hebben bij beide monolagen, het creëren van een symmetrisch systeem, " Ye legt uit. Het elektrische veld dat zo ontstond, kon worden gebruikt om supergeleiding aan en uit te schakelen. Dit betekent dat er een supergeleidende transistor werd gecreëerd die door de ionische vloeistof kon worden gestuurd.

In de dubbele laag, de Ising-beveiliging tegen externe magnetische velden verdwijnt. "Dit gebeurt vanwege veranderingen in de interactie tussen de twee lagen." Echter, het elektrische veld kan de bescherming herstellen. "Het beschermingsniveau wordt een functie van hoe sterk je het apparaat afsluit."

Cooper-paren

Naast het creëren van een supergeleidende transistor, Ye en zijn collega's maakten nog een intrigerende observatie. 1964, er werd voorspeld dat er een speciale supergeleidende toestand zou bestaan, de staat FFLO genoemd (genoemd naar de wetenschappers die het voorspelden:Fulde, Ferrel, Larkin en Ovchinnikov). Bij supergeleiding, elektronen reizen in paren in tegengestelde richtingen. Omdat ze met dezelfde snelheid reizen, deze Cooper-paren hebben een totale kinetische impuls van nul. Maar in de staat FFLO, er is een klein snelheidsverschil en daarom is het kinetische momentum niet nul. Tot dusver, deze toestand is nooit goed bestudeerd in experimenten.

"We hebben aan bijna alle vereisten voldaan om de FFLO-status in ons apparaat voor te bereiden, " zegt Ye. "Maar de staat is erg kwetsbaar en wordt aanzienlijk aangetast door verontreinigingen op het oppervlak van ons materiaal. Wij zullen, daarom, moeten de experimenten herhalen met schonere monsters."

Met de gesuspendeerde dubbellaag van molybdeendisulfide, Gij en medewerkers hebben alle ingrediënten die nodig zijn om enkele speciale supergeleidende toestanden te bestuderen. "Dit is echt fundamentele wetenschap die ons conceptuele veranderingen kan brengen."