Ny designstrategi kan hjælpe med at forbedre lagdelt superledende materialer

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har skabt et nyt lagdelt superledende materiale med et ledende lag lavet af vismut, sølv, tin, svovl og selen. Det ledende lag har fire forskellige underlag; ved at indføre flere elementer, de var i stand til at opnå enestående tilpasningsevne og en højere "kritisk temperatur", under hvilken superledningsevne observeres, et centralt mål for superlederforskning. Deres designstrategi kan anvendes til at konstruere nye og forbedrede superledende materialer.

Engang en akademisk nysgerrighed, superledere er nu på forkant med ægte teknologiske innovationer. Superledende magneter ses i hverdagens MR -maskiner, partikelacceleratorer til medicinske behandlinger, for ikke at nævne det nye Chuo Shinkansen maglev -tog, der forbinder Tokyo med Nagoya, der i øjeblikket bygges. For nylig, en helt ny klasse af "lagdelte" superledende strukturer er blevet undersøgt, bestående af alternative lag af superledende og isolerende todimensionale krystallinske lag. I særdeleshed, systemets tilpasning har vakt særlig interesse i lyset af dets potentiale til at skabe ultraeffektive termoelektriske enheder og en helt ny klasse af "høj temperatur" superledende materialer.

Et team ledet af lektor Yoshikazu Mizuguchi fra Tokyo Metropolitan University skabte for nylig en vismutsulfidbaseret lagdelt superleder; deres arbejde har allerede afsløret nye termoelektriske egenskaber og en forhøjet "kritisk temperatur", hvorunder superledningsevne observeres. Nu, arbejder med et team fra University of Yamanashi, de har taget en flerlagsversion af systemet, hvor det ledende lag består af fire atomlag, og begyndte at skifte små andele af forskellige atomarter ud for at undersøge, hvordan materialet ændrer sig.

Startende med et ledende lag lavet af vismut, sølv og svovl, de prøvede at erstatte noget af sølvet med tin. Ved at variere mængden af ​​sølv, de var i stand til at hæve den kritiske temperatur fra 0,5K til over 2,0K. Interessant nok, de fandt ud af, at dette var ledsaget af forsvinden af ​​en anomali i dens resistivitet ved betydeligt højere temperaturer. Selvom årsagen bag dette endnu ikke er forstået, det er klart, at tilsætning af tin har ændret materialets elektroniske struktur betydeligt. Desuden, de tog deres bedste vismut, sølv, svovl- og tinkombination og erstattede noget af svovlet med selen, en ændring kendt for at forbedre superledende egenskaber i deres originale bismuthsulfidmateriale. Ikke alene hævede de den kritiske temperatur yderligere til 3,0K, de fandt ud af, at responsen på magnetfelter viste signaturer af "bulk" superledning, at give et klart bevis på, at de faktisk kunne få adgang til både fordelene ved reduceret dimension og bulkmaterialer.

Ved at ændre sammensætning og antal lag, teamet mener, at de er på nippet til at opnå bottom-up-konstruktion af nye, skræddersyede vismutsulfidbaserede superledende materialer.