Opdagelse af en mekanisme til at gøre superledere mere modstandsdygtige over for magnetiske felter

Superledning er kendt for at blive let ødelagt af stærke magnetiske felter. NIMS, Osaka University og Hokkaido University har i fællesskab opdaget, at en superleder med tykkelse på atomare skala kan bevare sin superledningsevne, selv når der påføres et stærkt magnetfelt på den. Holdet har også identificeret en ny mekanisme bag dette fænomen. Disse resultater kan lette udviklingen af ​​superledende materialer, der er resistente over for magnetfelter og topologiske superledere sammensat af superledende og magnetiske materialer.

Superledning er blevet brugt i forskellige teknologier, såsom magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) og meget følsomme magnetiske sensorer. Topologiske superledere, en speciel type superleder, har tiltrukket sig stor opmærksomhed de seneste år. De er i stand til at opbevare kvanteinformation i lang tid og kan bruges i kombination med magnetiske materialer til at danne qubits, der kan gøre kvantecomputere i stand til at udføre meget komplekse beregninger. Imidlertid, superledningsevne ødelægges let af stærke magnetfelter eller magnetiske materialer i umiddelbar nærhed. Det er derfor ønskeligt at udvikle et topologisk superledende materiale, der er modstandsdygtigt over for magnetiske felter.

Forskerholdet fremstillede for nylig krystallinske film af indium, et almindeligt superledende materiale, med tykkelse i atomskala. Holdet opdagede derefter en ny mekanisme, der forhindrer, at superledningen af ​​disse film ødelægges af et stærkt magnetfelt. Når et magnetfelt påføres et superledende materiale, magnetfeltet interagerer med elektronspin. Det får materialets elektroniske energi til at ændre sig og ødelægger dets superledningsevne. Imidlertid, når et superledende materiale tyndes til et todimensionalt atomlag, spinnet og impulsen af ​​elektronerne i laget er koblet, får elektronspindene til ofte at rotere. Dette opvejer effekten af ​​ændringerne i elektronisk energi induceret af magnetfeltet og bevarer dermed superledningsevnen. Denne mekanisme kan øge det kritiske magnetfelt - den maksimale magnetfeltstyrke, over hvilken superledning forsvinder - op til 16-20 Tesla, hvilket er cirka tre gange den almindeligt anerkendte teoretiske værdi. Det forventes at have en bred vifte af anvendelser, da det blev observeret for et almindeligt superledende materiale og ikke kræver hverken specielle krystallinske strukturer eller stærke elektroniske korrelationer.

Baseret på disse resultater, vi planlægger at udvikle superledende tynde film, der er i stand til at modstå endnu stærkere magnetfelter. Vi har også til hensigt at skabe en hybridenhed sammensat af superledende og magnetiske materialer, der er nødvendige for udviklingen af ​​topologiske superledere:en vital komponent i næste generations kvantecomputere.