Uventede ejendomme afdækket i nyligt opdagede superleder

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har fundet ud af, at krystaller af et nyligt opdaget superledende materiale, et lagdelt bismuthchalcogenid med en firfoldet symmetrisk struktur, viser kun todelt symmetri i sin superledning. Oprindelsen til superledelse i disse strukturer er endnu ikke godt forstået; dette fund tyder på en forbindelse med en gådefuld klasse af materialer kendt som nematiske superledere og de ekstraordinære mekanismer, hvormed superledning kan opstå ved lettere tilgængelige temperaturer.

Superledere er materialer med nul elektrisk modstand. De har allerede set adskillige anvendelser på kraftfulde elektromagneter, især i medicinsk magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) enheder, hvor de bruges til at generere de stærke magnetfelter, der kræves til ikke-invasiv billeddannelse i høj opløsning. Imidlertid, der findes betydelige barrierer, der forhindrer mere udbredt brug f.eks. til kraftoverførsel over lange afstande. Det mest bemærkelsesværdige er, at konventionel superledning kun opstår ved ekstremt lave temperaturer. De første "høj temperatur" superledere blev først fundet i sidste halvdel af 1980'erne, og mekanismerne bag, hvordan de fungerer, diskuteres stadig stærkt.

I 2012, Prof Yoshikazu Mizuguchi fra Tokyo Metropolitan University lykkedes for første gang at konstruere lagrede vismutchalcogenidmaterialer med skiftevis isolerende og superledende lag for første gang. (Chalcogenider er materialer, der indeholder elementer fra gruppe 16 i det periodiske system.) Nu, det samme hold har foretaget målinger på enkeltkrystaller i materialet og fundet ud af, at de krystallinske strukturs rotationssymmetriegenskaber ikke replikeres i, hvordan superledningen ændrer sig med orientering.

Materialet, gruppen studerede, bestod af superledende lag lavet af vismut, svovl og selen, og isolerende lag lavet af lanthan, fluor og ilt. Vigtigere, chalcogenidlagene havde fire gange rotations- (eller tetragonal) symmetri, dvs. den samme, når den drejes 90 grader. Imidlertid, når teamet målte materialets magnetoresistens i forskellige retninger, de fandt kun todelt symmetri, dvs. den samme, når den drejes 180 grader. Yderligere analyser ved forskellige temperaturer tyder ikke på ændringer i strukturen; de konkluderede, at denne symmetribrud måtte opstå fra arrangementet af elektronerne i laget.

Begrebet nematiske faser stammer fra flydende krystaller, hvor uorden, amorfe arrays af stavlignende partikler kan pege i samme retning, bryde rotationssymmetri, mens den forbliver tilfældigt fordelt over rummet. For nylig, det er blevet antaget, at noget lignende i den elektroniske struktur af materialer, elektronisk nematicitet, kan stå bag fremkomsten af ​​superledningsevne i høj temperatur superledere. Dette fund forbinder klart dette meget tilpasselige system med høj temperatur superledere som kobber og jernbaserede materialer. Teamet håber, at yderligere undersøgelser vil afsløre kritisk indsigt i, hvordan ellers vidt forskellige materialer giver anledning til lignende adfærd, og hvordan de fungerer.