Uusia ulottuvuuksia suprajohteille

Marylandin yliopiston (UMD) vetämä tutkijaryhmä on havainnut eksoottisen suprajohtavuuden, joka perustuu erittäin epätavallisiin elektronien vuorovaikutuksiin.

Tutkimustyö paljastaa vaikutuksia, jotka ovat täysin erilaiset kuin mitä on ennen havaittu suprajohtavuudella. Tavallisissa suprajohteissa elektronien vuorovaikutuksia määrittelee ½ spinit, jotka pariutuvat ja virtaavat vapaasti atomirakenteen värinöiden avulla.

Uudessa tutkimuksessa paljastuu uudenlainen suprajohtavuus topologisessa puolimetalli YPtBi -materiaalissa, joka näyttää syntyvän 3/2 spin-partikkeleista.

Tällaisen suprajohteen löytö on antanut uuden suunnan tälle tutkimuskentälle etsittäessä tekijää, joka tämän aiheuttaa. Epätavalliset hiukkasten vuorovaikutukset avaavat uusia mahdollisuuksia eksoottisissa materiaaleissa.

Korealaisten ja yhdysvaltalaisten tutkijoiden ryhmä on SPSTM-mikroskopian avulla vaihtanut rautaperustaisen suprajohtajan alueita suprajohtavien ja ei-suprajohtavien tilojen välillä.

Tutkittu suprajohde koostuu vuorottelevista FeAs:n ja Sr2VO3:n kerroksista. Näytteen magneettisia ja elektronisia ominaisuuksia tutkittiin SPSTM-mikroskoopin näytteen yli kvanttietäisyydellä kulkevalla terävällä metallikärjellä. Kärjen ja näytteen välille syntyy spin-polarisoitunut virta jonka elektroneilla on taipumus olla sama spin.

Tyypillisesti tämän materiaalin FeAs-kerrokset ovat vahvasti suprajohtavia mutta SPSTM-skannauksen injektoima spin-polarisoitu virta sai tämän alueen suprajohtavuuden häviämään.

"Tietomme mukaan tutkimuksemme on ensimmäinen raportti tämäntyyppisestä hallinnasta ja ensimmäinen atomitason magnetismin ja suprajohtavuuden välisen korrelaation demonstraatio", toteaa fyysikko, Jhinhwan Lee Korea Advanced Institute of Science and Technologystä.

"Tuloksia voidaan laajentaa tuleviin tutkimuksiin, joissa magnetismia ja suprajohtavuutta manipuloidaan käyttämällä spin-polarisoituja ja polaroimattomia virtoja, johtaen uusiin antiferromagneettisiin muistilaitteisiin ja transistoreihin, jotka hallitsevat suprajohtavuutta", toteaa Lee.

Argonne National Laboratoryn tutkijaryhmän tekemät kokeet osoittavat puolestaan suprajohtavuuden rinnalla olevan myös supraeristävä tila.

Fysikaalisen kaksinaisuuden käsite pitää sisällään toisensa pois sulkeva ilmiöt jotka tavallaan edustavat kolikon kahta puolta. Tunnetuin esimerkki on kvanttimaailman valon aallon ja hiukkasten kaksinaisuus. Siten äärettömän johtokyvyn suprajohteella on äärettömän resistanssin supraeriste.

Uuden ilmiön siirtymislämpötila on nyt vielä välillä 100 - 200 millikelviniä mutta tavoitteena on nostaa se 4 kelviniin. Silloin kyseisiä eristemateriaaleja voisi käyttää avaruudessa, koska avaruuden lämpötila on 4 kelviniä. Mahdollisia avaruussovelluksia olisivat muun muassa erittäin herkät sähkömagneettisen säteilyn ilmaisimet.

Aiheesta aiemmin:

Elektronit esiin hologrammin avulla