Uusia suprajohtavuustiloja grafeenista ja tekoälyn avulla

MIT:n tutkijat raportoivat, että luonnongrafiitissa esiintyvässä mikroskooppisessa rakenteessa eli grafeenissa voi olla useita suprajohtavia tiloja. Lisäksi ne vahvistuvat olosuhteissa, joiden odotetaan tukahduttavan ne.

Apulaisprofessori Long Jun tiimi käytti hieman perinteisestä pinoamisesta ja kiertämisestä poikkeavaa lähestymistapaa romboedrisen grafeenin tutkimiseen. Aiemmin he olivat havainneet suprajohtavuutta, kun elektroneja lisätään romboedriseen grafeeniin. Mutta nyt pohtivat: mitä voisi tapahtua, jos he tekisivät päinvastoin ja vetäisivät elektroneja pois?

Kokeissaan tutkijat havaitsivat, että tietyillä elektronitiheyksillä syntyi neljä erilaista suprajohtavaa tilaa. Lisäksi kolme näistä tiloista säilyi suhteellisen voimakkaan magneettikentän läsnä ollessa. Normaalisti magneetit tuhoavat suprajohtavuuden katkaisemalla materiaalin läpi liukuvien elektroniparien välisen sidoksen.

Tutkijat eivät ole varmoja siitä, mikä mikroskooppinen käyttäytyminen mahdollistaa useiden ja epätavanomaisten suprajohtavien tilojen syntymisen, vaikka he esittävätkin yhden ajatuksen.

Perinteisen Cooperin parien idean sijaan tiimi ehdottaa, että romboedrisessa grafeenissa ja tietyillä elektronitiheyksillä elektronit voivat pariutua samansuuntaisten spinien kanssa perinteisen vastakkaisten spinien sijaan. Mikä tahansa magneettikenttä vetäisi edelleen spinejä puoleensa, mutta samaan suuntaan, säilyttäen niiden suuntautumisen ja suprajohtavuuden.

Tutkijat myöntävät, että idea vaatii paljon lisätutkimuksia sekä kokeellisesti että teoreettisesti. Toistaiseksi he näkevät tulokset osoituksena siitä, mitä uusia ja eksoottisia ilmiöitä voi syntyä näennäisesti yksinkertaisessa materiaalissa oikeilla mittauksilla ja säätelyillä.

Aalto-yliopiston professori Päivi Törmän vetämä kansainvälinen SuperC-konsortio on osoittanut, miten tekoälyn avulla on mahdollista löytää uusia suprajohteita paljon aiempaa nopeammin.

"Tekoälyn avulla pystymme käsittelemään ehkä jopa miljardeja materiaaleja. Se on iso askel kohti huoneenlämmössä toimivaa suprajohdetta." toteaa Professori Päivi Törmä

SuperC hyödyntää etsinnässä tekoälyä ja kvanttigeometriaa eli kvanttitilojen geometrian vaikutusta aineen ominaisuuksiin.

Nyt syntetisoiduilla YRu3B2- ja LuRu3B2-suprajohdemateriaaleilla on kiehtova yhteys japanilaiseen käsityöperinteeseen: niiden suprajohtavuus syntyy elektronien muodostamista litteistä vöistä niin sanotussa kagome-kuviossa, joka on perinteinen korinkudontatekniikka.

Teoreettisen varmennuksen jälkeen Ricen yliopiston tutkijat valmistivat näytteet professori Emilia Morosanin johdolla ja todensivat materiaalien suprajohtavuuden kokeellisesti.

Aiheesta aiemmin:

Kiraalinen ja magneettinen suprajohde

Viisi kerrosta grafeenia