Suspenderede lag danner en speciel superleder

I superledende materialer, en elektrisk strøm vil strømme uden modstand. Der er en del praktiske anvendelser af dette fænomen; imidlertid, mange grundlæggende spørgsmål er endnu ubesvarede. Lektor Justin Ye, leder af gruppen Device Physics of Complex Materials ved University of Groningen, studerede superledningsevne i et dobbeltlag af molybdændisulfid og opdagede nye superledende tilstande. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Natur nanoteknologi den 4. november.

Superledning er blevet vist i monolagskrystaller af, for eksempel, molybdendisulfid eller wolframdisulfid, der har en tykkelse på kun tre atomer. "I begge enkeltlag, der er en speciel type superledning, hvor et internt magnetfelt beskytter den superledende tilstand mod eksterne magnetfelter, "Ye forklarer. Normal superledning forsvinder, når et stort eksternt magnetfelt påføres, men denne Ising superledning er stærkt beskyttet. Selv i det stærkeste statiske magnetfelt i Europa, som har en styrke på 37 Tesla, superledningsevnen i wolframdisulfid viser ingen ændring. Imidlertid, selvom det er fantastisk at have så stærk beskyttelse, den næste udfordring er at finde en måde at kontrollere denne beskyttende effekt på, ved at påføre et elektrisk felt.

Nye superledende stater

Ye og hans samarbejdspartnere studerede et dobbeltlag af molybdændisulfid:"I den konfiguration, interaktionen mellem de to lag skaber nye superledende tilstande. "I skabte et suspenderet dobbeltlag, med en ionisk væske på begge sider, der kan bruges til at skabe et elektrisk felt på tværs af dobbeltlaget. "I det enkelte monolag, et sådant felt vil være asymmetrisk, med positive ioner på den ene side og negative ladninger induceret på den anden. Imidlertid, i dobbeltlaget, vi kan få den samme mængde ladning induceret ved begge monolag, skabe et symmetrisk system, "Ye forklarer. Det elektriske felt, der således blev skabt, kunne bruges til at tænde og slukke superledelse. Det betyder, at der blev skabt en superledende transistor, der kunne lukkes gennem den ioniske væske.

I det dobbelte lag, Ising-beskyttelsen mod eksterne magnetfelter forsvinder. "Dette sker på grund af ændringer i samspillet mellem de to lag." Imidlertid, det elektriske felt kan genoprette beskyttelsen. "Beskyttelsesniveauet bliver en funktion af, hvor stærkt du gate enheden."

Cooper parrer

Udover at skabe en superledende transistor, Ye og hans kolleger gjorde endnu en spændende observation. I 1964, en speciel superledende tilstand blev forudsagt at eksistere, kaldet FFLO -staten (opkaldt efter forskerne, der forudsagde den:Fulde, Ferrell, Larkin og Ovchinnikov). I superledningsevne, elektroner bevæger sig parvis i modsatte retninger. Da de kører med samme hastighed, disse Cooper-par har et samlet kinetisk momentum på nul. Men i FFLO-staten, der er en lille hastighedsforskel, og derfor er den kinetiske momentum ikke nul. Indtil nu, denne tilstand er aldrig blevet ordentligt undersøgt i eksperimenter.

"Vi har opfyldt næsten alle forudsætninger for at forberede FFLO -tilstanden i vores enhed, " siger Ye. "Men staten er meget skrøbelig og er væsentligt påvirket af forurening på overfladen af ​​vores materiale. Vi vil, derfor, skal gentage forsøgene med renere prøver. "

Med det suspenderede dobbeltlag af molybdændisulfid, I og samarbejdspartnere har alle de nødvendige ingredienser til at studere nogle specielle superledende tilstande. "Dette er virkelig grundlæggende videnskab, der kan bringe os konceptuelle ændringer."