Præcisionskontrol af superledning i atomlag ved hjælp af magnetiske molekyler

Et forskerhold ledet af Shunsuke Yoshizawa, ICYS forsker, NIMS, Takashi Uchihashi, leder af Surface Quantum Phase Materials Group, MANA, NIMS, Emi Minamitani, Assisterende professor, Ingeniørhøjskolen, University of Tokyo, Toshihiko Yokoyama, professor, IMS, NINS, og Kazuyuki Sakamoto, professor, Graduate School of Advanced Integration Science, Chiba Universitet, lykkedes med præcist at kontrollere overgangstemperaturen af ​​atom-skala tykke superledere ved hjælp af magnetiske organiske molekyler. Holdet identificerede også kontrolmekanismen.

Atomlagsmaterialer, herunder grafen, er blevet undersøgt aktivt i de seneste år. I særdeleshed, megen opmærksomhed er blevet henledt til opdagelser af superledende atomlagsmaterialer med en høj overgangstemperatur. Disse materialer er overlegne end bulkmaterialer, idet deres superledende egenskaber kan kontrolleres gennem bærerdopning af deres overflader/grænseflader. Imidlertid, det havde været svært at forstå mekanismen for bærerdoping på det mikroskopiske niveau.

Det er for nylig lykkedes forskergruppen for første gang at præcist kontrollere overgangstemperaturen for superledende atomlag ved hjælp af organiske molekyler. For at opnå dette, teamet fremstillede en ideel heterostruktur bestående af et superledende atomlag og et lag af højtordnede organiske molekyler oven på atomlaget. Oprettelsen af ​​heterostrukturen gjorde teamet i stand til at udføre en detaljeret undersøgelse af mekanismen bag doping af atomlagsmaterialer. Følgelig, analysen afslørede, at metalatomerne i midten af ​​de organiske molekyler bevarede elektronspins, som kunne generere magnetisme. Ud over, teamet fandt ud af, at ændring i superledende overgangstemperatur er stærkt påvirket af konkurrence mellem elektronladning og spin i de organiske molekyler. I øvrigt, teamet opdagede, at spin -effekten styres af elektronorbitalernes retning, som kan ses som "skjulte frihedsgrader" i molekyler.

I lyset af disse resultater, forskerne sigter mod i høj grad at forbedre superledende egenskaber, dvs. superledende overgangstemperatur, af disse heterostrukturer. Efter en sådan forbedring er foretaget, forskerne håber at anvende superledende materialer på en lang række områder på en måde, så teknologien vil hjælpe med at lette miljø-/energispørgsmål og understøtte en bæredygtig udvikling af samfundet.

Denne undersøgelse blev offentliggjort i Nano bogstaver , et tidsskrift fra American Chemical Society, den 30. marts, 2017.