Kaksiulotteista suprajohtavuutta kolmiulotteisessa suprajohteessa

SLAC:n ja Stanfordin tutkijat havaitsivat korkean lämpötilan kolmiulotteisesta suprajohteesta lätäkkömäisen kaksiulotteisen suprajohtavuuden käyttäytymisen juuri ennen sen siirtymistä eristeeksi.

Tutkijat joutuivat ihmettelemään, kuinka kaksiulotteiset elektronien ”lätäköt” ilmestyvät kolmiulotteiseen suprajohtavaan materiaaliin

"Tämä on houkutteleva esimerkki käyttäytymisestä, jota on usein vaikea tai mahdotonta jäljitellä yritettäessä suunnitella sitä tyhjästä", kertoo tutkimusta johtanut Stanfordin yliopiston professori Hari Manoharan.

"Se on ikään kuin annettaisiin voimaa suprajohtavuuteen", hän sanoi, "3D-elektronit valitsevat itsensä elämään 2D-maailmassa."

Tutkimusryhmä kutsuu tätä uutta ilmiötä "moniulotteiseksi suprajohtavuudeksi" ja tutkimusraportissa he esittävät, että 3D-suprajohteet järjestävät itsensä uudelleen juuri ennen äkillistä siirtymistä eristystilaan missä elektronit rajoittuvat kotiatomeihin eivätkä voi liikkua mihinkään.

"Löysimme järjestelmän, jossa elektronit käyttäytyvät odottamattomilla tavoilla. Se on fysiikan kauneutta", kertoo kokeet tehnyt Carolina Parra, tutkijatohtori SLAC:sta ja Stanfordista. "Meillä oli onnea löytää tämä käyttäytyminen."

Suprajohtavuus löydettiin yli sata vuotta sitten ja nykyään tavoitteena on huonelämpötilassa toimiva suprajohtavuus. Tämäkin tutkimus alkoi korkean lämpötilan suprajohtavuuden neljästä atomisesta ainesosasta - barium, lyijy, vismutti ja happi (BPBO).

Materiaalin rutiinitesteissä he huomasivat datansa osoittavan elektronien käyttäytyvän ikään kuin ne olisivat rajoittuneet ultraohuisiin 2D-kerroksiin tai raitoihin materiaalin sisällä. Tämä oli palapeli, koska BPBO on 3D-suprajohde, jonka elektronit voivat normaalisti liikkua mihin tahansa haluamaansa suuntaan.

Tarkemmin raitoja tutkittaessaan he löysivät jotain jolla, ei näyttänyt olevan mitään yhteyttä materiaalin atomien organisoitumiseen tai pieniin kuoppiin ja putouksiin sen pinnalla.

"Sen sijaan raidat olivat kerroksia, joissa elektronit käyttäytyvät ikään kuin ne olisivat rajoittuneet kaksiulotteisesti lätäkön kaltaisiin alueisiin materiaalissa", Parra sanoo. "Lätäköiden välinen etäisyys on riittävän lyhyt, jotta elektronit voivat "nähdä" ja olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa tavalla, joka antaa niille mahdollisuuden liikkua ilman resistanssia, mikä on suprajohtavuuden tunnusmerkki."

Heidän havaintonsa vastaavat läheisesti suprajohteiden "syntyvän elektronisen rakeisuuden" teoriaa, jonka on kehittänyt Nandini Trivedi Ohion osavaltion yliopistosta ja hänen kollegansa.

"Ennustuksemme olivat ristiriidassa suprajohteiden tavallisen paradigman kanssa", Trivedi sanoo. "Mitä vahvempi suprajohde on, sitä enemmän energiaa tarvitaan suprajohtavien elektroniparien välisen sidoksen katkaisemiseksi - tekijää, jota kutsumme energiakuiluksi. Mutta ryhmäni oli ennustanut, että tämäntyyppisessä epäjärjestyneessä suprajohteessa asia olisi päinvastoin: Järjestelmä muodostaa esiin tulevia lammikoita, joissa suprajohtavuus oli vahva, mutta parit voidaan rikkoa odotettua vähemmällä energialla.

Aiheesta aiemmin:

Magnetismi kohtaa topologian suprajohtimen pinnalla

Uusia vihjeitä suprajohtavuudesta

Varaustiheysaallot tuhoavat suprajohtavuuden