Een team van wetenschappers onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Maryland heeft een gelaagde supergeleider ertoe aangezet ongebruikelijke eigenschappen te vertonen die potentiële toepassingen hebben in quantum computing, volgens een studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Het materiaal, een gelaagde supergeleider genaamd niobiumdiselenide (NbSe2), is normaal gesproken een type II-supergeleider, wat betekent dat het magnetische velden verdrijft wanneer het onder een bepaalde temperatuur wordt afgekoeld. Toen het team echter druk uitoefende op het materiaal, ontdekten ze dat het een overgang onderging naar een nieuwe fase, waarin het plotseling magnetische velden nog sterker uitdrijft en type I.5-supergeleider wordt. Deze overgang naar type 1.5-supergeleiding is nog niet eerder waargenomen in gelaagde supergeleiders en zou gevolgen kunnen hebben voor kwantumcomputers, concludeert de studie.

"Wij geloven dat dit nieuwe type supergeleiding in NbSe2 te wijten is aan de aanwezigheid van sterke elektronische correlaties", zegt hoofdauteur Lei Zhang, een postdoctoraal onderzoeker aan het Departement Natuurkunde van de Universiteit van Maryland. "Deze correlaties worden meestal geassocieerd met exotische verschijnselen, zoals onconventionele supergeleiding en kwantummagnetisme. Daarom zou onze ontdekking nieuwe wegen kunnen openen voor het onderzoeken van deze exotische verschijnselen in gelaagde supergeleiders en het onderzoeken van mogelijke toepassingen in kwantumcomputers."

Supergeleiding is een fenomeen waarbij een materiaal elektriciteit geleidt zonder energie te verliezen. Dit maakt supergeleiders zeer efficiënte elektrische geleiders en ze hebben potentiële toepassingen in een verscheidenheid aan technologieën, waaronder krachtoverbrenging, MRI-machines en deeltjesversnellers.

Kwantumcomputers zijn een nieuw vakgebied dat de principes van de kwantummechanica gebruikt om berekeningen uit te voeren. Kwantumcomputers zijn veel sneller en krachtiger dan traditionele computers, en ze hebben het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen op een groot aantal gebieden, waaronder de ontdekking van geneesmiddelen, materiaalkunde en financiële modellering.

De ontdekking door het team van een nieuw type supergeleiding in NbSe2 zou gevolgen kunnen hebben voor kwantumcomputers, omdat de sterke elektronische correlaties van het materiaal zouden kunnen leiden tot de opkomst van nieuwe kwantumtoestanden. Deze toestanden kunnen worden gebruikt om kwantuminformatie op te slaan en te verwerken, wat essentieel is voor kwantumcomputers.

"Onze ontdekking is opwindend omdat het suggereert dat gelaagde supergeleiders een nieuw platform kunnen zijn voor het onderzoeken van exotische fenomenen en potentiële toepassingen in kwantumcomputers", zegt senior auteur Jun Zhao, professor aan het Departement Natuurkunde en het Centrum voor Nanofysica en Geavanceerde Materialen. "We blijven de eigenschappen van NbSe2 en andere gelaagde supergeleiders onderzoeken, en we hopen nieuwe inzichten te ontdekken in de aard van supergeleiding en de mogelijke toepassingen ervan."

Het onderzoek van het team werd gefinancierd door de National Science Foundation, het Department of Energy en de Gordon and Betty Moore Foundation.