En superledende diode uden et eksternt magnetfelt

Superledere er nøglen til tabsfri strøm. Realiseringen af ​​superledende dioder er dog først for nylig blevet et vigtigt emne for grundforskning. Et internationalt forskerhold, der involverer den teoretiske fysiker Mathias Scheurer fra universitetet i Innsbruck, er nu lykkedes med at nå en milepæl:Realiseringen af ​​en superledende diodeeffekt uden et eksternt magnetfelt, og dermed bevise antagelsen om, at superledning og magnetisme eksisterer side om side. De rapporterer om dette i Nature Physics .

Man taler om en superledende diodeeffekt, når et materiale opfører sig som en superleder i den ene strømretning og som en modstand i den anden. I modsætning til en konventionel diode udviser en sådan superledende diode en fuldstændig forsvindende modstand og dermed ingen tab i fremadgående retning. Dette kan danne grundlag for fremtidig tabsfri kvanteelektronik. Fysikere lykkedes først med at skabe diodeeffekten for omkring to år siden, men med nogle grundlæggende begrænsninger. "På det tidspunkt var effekten meget svag, og den blev genereret af et eksternt magnetfelt, hvilket er meget ufordelagtigt i potentielle teknologiske anvendelser," forklarer Mathias Scheurer fra Institut for Teoretisk Fysik ved Universitetet i Innsbruck.

De nye eksperimenter udført af eksperimentelle fysikere ved Brown University, beskrevet i det aktuelle nummer af Nature Physics , kræver ikke et eksternt magnetfelt. Ud over de førnævnte anvendelsesrelevante fordele bekræfter eksperimenterne en tese, som Mathias Scheurer tidligere har teoretiseret:Nemlig at superledning og magnetisme eksisterer side om side i et system bestående af tre grafenlag snoet mod hinanden. Systemet genererer således praktisk talt sit eget indre magnetfelt, hvilket skaber en diodeeffekt.

"Diodeeffekten observeret af kolleger på Brown University var desuden meget stærk. Desuden kan dioderetningen vendes af et simpelt elektrisk felt. Tilsammen gør dette trelagsgrafen til en så lovende platform for den superledende diodeeffekt," præciserer Mathias Scheurer, hvis forskning fokuserer på todimensionelle materialer, især grafen.

Lovende materiale grafen

Diodeeffekten beskrevet i Naturfysik blev også fremstillet med grafen, et materiale bestående af et enkelt lag af kulstofatomer arrangeret i et bikagemønster. At stable flere lag grafen fører til helt nye egenskaber, herunder evnen hos tre grafenlag snoet mod hinanden til at lede elektrisk strøm uden tab.

Det faktum, at der eksisterer en superledende diodeeffekt uden et eksternt magnetfelt i dette system, har store implikationer for studiet af den komplekse fysiske adfærd af snoet trelagsgrafen, da det demonstrerer sameksistensen af ​​superledning og magnetisme. Dette viser, at diodeeffekten ikke kun har teknologisk relevans, men også har potentialet til at forbedre vores forståelse af fundamentale processer i mange-legemes fysik. + Udforsk yderligere

Et glimt inde i en grafensandwich