Nikkelioksidistako suprajohde?

Kuva esittää keskeistä ideaa uudentyyppisen suprajohtavan materiaalin luomisessa: Samoin kuin lohkojen vetämisestä tornista Jenga-pelissä, tutkijat käyttivät kemiaa happea sisältävien kerrosten poistamiseen. Tämä väänsi materiaalin uuteen atomirakenteeseen - nikkelaatiksi - joka toimii suprajohtavasti.

SLAC National Accelerator Laboratoryn ja Stanfordin yliopiston tutkijat ovat valmistaneet ensimmäisen nikkelioksidimateriaalin, jolla on selvät merkit suprajohtavuudesta.

Tämä nikkelaattina tunnettu materiaali on ensimmäinen potentiaalisessa uudessa epätavanomaisten suprajohteiden ryhmässä, joka on hyvin samanlainen kuin kuparioksidit, joiden löytö 1986 herätti toiveita siitä, että suprajohteet voisivat joskus toimia lähellä huonelämpötilaa.

Uusi materiaali näyttää olevan myös erilainen kuin kupraatit perustavanlaatuisilla tavoilla. Esimerkiksi siihen ei välttämättä liity magnetismi samalla tavalla kuin kaikilla suprajohtavilla kupraateilla ja tämä voisi kumota johtavat teoriat näiden epätavanomaisten suprajohteiden toiminnasta.

Siitä lähtien, kun kupraatit löydettiin, tutkijat ovat kehitelleet samanlaisia oksidimateriaaleja nikkeliin perustuen, joka on heti kuparin vieressä alkuaineiden jaksollisessa taulukossa. Mutta sellaisten nikkelaattien valmistaminen, joiden atomirakenne on omiaan suprajohtavuuteen, on osoittautunut yllättävän vaikeaksi.

Tavoiteltu nikkelaatti ei ole vakaa erittäin korkeissa lämpötiloissa, noin 600 asteessa - missä nämä materiaalit yleensä kasvatetaan. Joten tutkijoiden täytyi aloittaa jollakin, jota voi kasvattaa vakaasti korkeissa lämpötiloissa ja muuttaa sen jälkeen alemmissa lämpötiloissa haluttuun muotoon.

Tutkijat aloittivat perovskiitillä, joka sisälsi neodyymiä, nikkeliä ja happea. Sitten siihen seostettiin strontiumia, prosessilla joka, saa enemmän materiaaliin elektroneja kulkemaan vapaasti. Tämä varasti elektroneja nikkeliatomeilta, jättäen tyhjiä aukkoja. Materiaali oli nyt epävakaa, joten seuraava vaihe - kasvattaa sitä ohut kalvo pinnalle - oli todella haastava; Kesti puoli vuotta saada se toimimaan.

Kun se oli tehty, kokeita johtanut Danfeng Li leikkasi kalvon pieniksi paloiksi, kääri löysästi alumiinifolioon ja sulki koeputkeen yhdessä kemikaalin kanssa, joka siististi poisti kerroksen sen happiatomeista - aivan kuten poistamalla lohkon pois huojuvasta Jenga-lohkojen tornista. Tämä käänsi kalvon aivan uudeksi atomirakenteeksi - strontium-seostetuksi nikkelaatiksi.

"Jokainen näistä vaiheista oli osoitettu jo aiemmin," Li kertoo, "mutta ei tässä yhdistelmässä." Testaukset paljastaisivat, että nikkelaatti oli todellakin suprajohtava lämpötilavälillä 9-15 kelviniä.

Kyseessä on ensimmäiset peruskokeet ja jatkossa tutkijoilla on vielä paljon selvitettävää muun muassa voivatko muut nikkelaatit tulla suprajohtaviksi. Edelleen on selvitettävä materiaalin magneettista rakennetta ja sen suhdetta suprajohtavuuteen.

Aiheesta aiemmin:

Kahdenlaisia varauksenkantajia suprajohteissa

Uusia ulottuvuuksia suprajohteille

Mikä kuljettaa suprajohteiden virtaa?