(a) Schematiskt diagram över en heterostruktur som innefattar organiska molekyler och ett supraledande atomskikt. (b)-(d) Skanning av tunnelmikroskopbilder av prover. (b) Atomskikt av indium (supraledande skikt). (c) Ftalocyaninmolekylskikt odlat på indiumatomskiktet (manganatom i mitten av varje molekyl). (d) Ftalocyaninmolekylskikt odlat på indiumatomskiktet (kopparatom i mitten av varje molekyl). Kredit:National Institute for Materials Science (NIMS)
Ett forskargrupp ledd av Shunsuke Yoshizawa, ICYS -forskare, NIMS, Takashi Uchihashi, ledare för gruppen Surface Quantum Phase Materials, MANA, NIMS, Emi Minamitani, assisterande professor, Ingenjörshögskolan, University of Tokyo, Toshihiko Yokoyama, professor, IMS, NINS, och Kazuyuki Sakamoto, professor, Graduate School of Advanced Integration Science, Chiba universitet, lyckades exakt kontrollera övergångstemperaturen för atomskala-tjocka superledare med magnetiska organiska molekyler. Teamet identifierade också kontrollmekanismen.
Atomlagermaterial, inklusive grafen, har studerats aktivt de senaste åren. Särskilt, stor uppmärksamhet har uppmärksammats på upptäckter av supraledande atomlagermaterial med hög övergångstemperatur. Dessa material är överlägsna bulkmaterial genom att deras supraledande egenskaper kan kontrolleras genom bärardopning av deras ytor/gränssnitt. Dock, det hade varit svårt att förstå mekanismen för bärardopning på mikroskopisk nivå.
Forskargruppen lyckades nyligen för första gången exakt kontrollera övergångstemperaturen för supraledande atomlager med hjälp av organiska molekyler. För att uppnå detta, laget tillverkade en idealisk heterostruktur bestående av ett supraledande atomskikt och ett lager av högordnade organiska molekyler ovanpå atomskiktet. Skapandet av heterostrukturen möjliggjorde för teamet att genomföra en detaljerad studie om mekanismen bakom dopning av atomlagermaterial. Följaktligen, analysen avslöjade att metallatomerna i mitten av de organiska molekylerna behöll elektronspinn, som kan generera magnetism. Dessutom, laget fann att förändringar i supraledande övergångstemperatur påverkas starkt av konkurrensen mellan elektronladdning och snurr i de organiska molekylerna. Dessutom, laget upptäckte att spinneffekten styrs av elektronorbitalernas riktning, som kan ses som "dolda frihetsgrader" i molekyler.
Mot bakgrund av dessa resultat, forskarna strävar efter att kraftigt förbättra supraledande egenskaper, dvs supraledande övergångstemperatur, av dessa heterostrukturer. Efter att en sådan förbättring har gjorts, forskarna hoppas kunna tillämpa supraledande material på en mängd olika områden på ett sätt så att tekniken hjälper till att underlätta miljö/energifrågor och stödja en hållbar utveckling av samhället.
Denna studie publicerades i Nano bokstäver , en tidning från American Chemical Society, den 30 mars, 2017.
