Opdagelsen af ​​triplet spin -superledning i diamanter

Diamanter har et solidt fodfæste i vores leksikon. Deres mange egenskaber fungerer ofte som superlativer for kvalitet, klarhed og hårdførhed. Bortset fra populariteten af ​​dette sjældne materiale til dekorativ og dekorativ brug, disse ædelsten er også højt værdsat i industrien, hvor de bruges til at skære og polere andre hårde materialer og bygge strålingsdetektorer.

For mere end et årti siden, en ny ejendom blev afdækket i diamanter, når høje koncentrationer af bor blev introduceret til det:superledning. Superledelse opstår, når to elektroner med modsat spin danner et par (kaldet et Cooper -par), hvilket resulterer i, at materialets elektriske modstand er nul. Det betyder, at der kan flyde en stor superstrøm i materialet, bringe potentialet til avancerede teknologiske applikationer med sig. Endnu, lidt arbejde er blevet gjort siden for at undersøge og karakterisere karakteren af ​​en diamants supraledelse og derfor dens potentielle anvendelser.

Ny forskning ledet af professor Somnath Bhattacharyya i Nano-Scale Transport Physics Laboratory (NSTPL) på School of Physics ved University of Witwatersrand i Johannesburg, Sydafrika, beskriver fænomenet det, der kaldes "triplet superledning" i diamant. Triplets supraledning opstår, når elektroner bevæger sig i en sammensat spin -tilstand frem for som et enkelt par. Dette er en yderst sjælden, alligevel effektiv form for superledning, der indtil nu kun har været kendt for at forekomme i et eller to andre materialer, og kun teoretisk set i diamanter.

"I et konventionelt superledende materiale, såsom aluminium, superledningsevne ødelægges af magnetfelter og magnetiske urenheder, Imidlertid kan triplets superledning i en diamant eksistere, selv når den kombineres med magnetiske materialer. Dette fører til mere effektiv og multifunktionel drift af materialet, "forklarer Bhattacharyya.

Teamets arbejde er for nylig blevet offentliggjort i en artikel i New Journal of Physics , med titlen "Virkninger af Rashba-spin-kredsløbskobling på superledende bor-dopede nanokrystallinske diamantfilm:tegn på grænseflade-triplets superledning." Denne forskning blev udført i samarbejde med Oxford University (UK) og Diamond Light Source (UK). Gennem disse samarbejder smukt atomarrangement af diamantkrystaller og grænseflader, der aldrig er set før, kunne visualiseres, understøtter de første påstande om 'triplet' superledning.

Praktisk bevis på triplets superledning i diamanter kom med stor spænding for Bhattacharyya og hans team. "Vi arbejdede endda juledag, vi var så spændte, "siger Davie Mtsuko.

"Dette er noget, der aldrig før har været hævdet i diamant, "tilføjer Christopher Coleman. Både Mtsuko og Coleman er medforfattere af avisen.

På trods af diamanters ry som en yderst sjælden og dyr ressource, de kan fremstilles i et laboratorium ved hjælp af et specialiseret stykke udstyr kaldet et dampaflejringskammer. Wits NSTPL har udviklet deres eget plasmafældningskammer, som giver dem mulighed for at dyrke diamanter af en højere kvalitet end normalt - hvilket gør dem ideelle til denne form for avanceret forskning.

Dette fund udvider den potentielle anvendelse af diamant, som allerede er velkendt som et kvantemateriale. "Al konventionel teknologi er baseret på halvledere forbundet med elektronladning. Hidtil har vi har en anstændig forståelse af, hvordan de interagerer, og hvordan man kontrollerer dem. Men når vi har kontrol over kvantetilstande som f.eks. Superledning og sammenfiltring, der er meget mere fysik ved ladning og spin af elektroner, og dette kommer også med nye ejendomme, "siger Bhattacharyya." Med den nye bølge af superledende materialer som diamant, traditionel siliciumteknologi kan erstattes af omkostningseffektive og lave strømforbrugsløsninger. "

Induktion af triplets supraledningsevne i diamant er vigtig for mere end blot dens potentielle anvendelser. Det taler til vores grundlæggende forståelse af fysik. "Så langt, triplets superledelse eksisterer mest i teorien, og vores undersøgelse giver os mulighed for at teste disse modeller på en praktisk måde, "siger Bhattacharyya.