I starkt korrelerade material, såsom kuprat högtemperatur superledare, supraledning kan styras antingen genom att ändra antalet elektroner eller genom att ändra kinetisk energi, eller överföra energi, av elektroner i systemet. Även om ett stort antal starkt korrelerade material har undersökts med olika parametrar för att förstå mekanismen för supraledning, intervallet för parameterstyrning är alltid begränsat. En mångsidig experimentell metod för att uppnå samtidig kontroll av antalet och elektronernas överföringsenergi har länge varit önskvärd.

En flexibel elektrisk tvåskiktstransistor (EDLT), eller "korrelerad" transistor, består av ett organiskt starkt korrelerat material konstruerades (bild 1) av forskare vid RIKEN, Institute for Molecular Science (IMS), Nagoya University och Toho University. Antalet elektroner kan styras av grindspänningar för EDLT, och elektronernas överföringsenergi kan styras genom att böja EDLT -substratet. De fann att systemet förändrades från en isolator till en superledare i båda fallen av ökande och minskande elektronantal. Villkor för dessa supraledande tillstånd i de två ovanstående fallen, dock, visade sig vara fundamentalt annorlunda. Dessutom, ett annat supraledande tillstånd uppstod när substratet var böjt. Det nuvarande resultatet publicerades online den Vetenskapliga framsteg den 10 maj, 2019.

Forskare tillverkade EDLT med hjälp av en kristall av det organiska starkt korrelerade materialet tillverkat av BEDT-TTF (bis (ethylenedithio) tetrathiafulvalene) molekyler (fig. 1). Genom att applicera grindspänningen på kristallens yta, antalet elektroner kan ökas (elektrondopning) och minskas (håldopning). Denna EDLT -enhet är flexibel, och överföringsenergin kan styras genom att applicera mekanisk kraft (töjning) från baksidan av EDLT. Forskarna kontrollerade framgångsrikt supraledning i ett identiskt prov, genom att exakt ändra både grindspänningen och belastningen.

Figur 2 visar regionerna för supraledande tillstånd. Abcissan visar grindspänningen, vilket motsvarar antalet dopade elektroner. Ordinatan visar den belastning som anbringas på enheten genom böjning. Med att gå ner längs ordinaten, elektronerna rör sig lättare eftersom elektronernas kinetiska energi ökar. Området för det isolerande tillståndet (rött) omges av regionerna med supraledande tillstånd (blått). Två supraledande områden på vänster och höger sida av isoleringsområdet är signifikant olika i form på figur 2. Speciellt det superledande tillståndet uppträdde med ett ökande antal elektroner (den högra sidan på fig. 2) visar anmärkningsvärt beteende att staten dök plötsligt upp med några procents ökning av antalet elektroner och försvann med tillägg av överskott av elektroner. De superledande tillstånden kan erhållas både genom att öka och genom att minska elektronantal. Dock, egenskaperna hos de två staterna befinner sig vara fundamentalt olika.

Det tvådimensionella fasdiagrammet (fig. 2) erhölls sålunda med användning av det enda provet. Diagrammet visar arten av den överledande fasövergången, som har förväntats från data som samlats in från många olika prover innan den här enheten visas. Därför accelererar denna nyutvecklade experimentella metod för att erhålla fasdiagrammen. Mer grundläggande, Genom att dra hela fasdiagrammet från samma prov kan vi få mer tillförlitliga resultat oavsett effekterna av orenhet och skillnad i kristallstrukturer.

Denna experimentella metod kan gälla olika organiska starkt korrelerade material. Ett intressant exempel är kvantspinnvätskan där elektronspinnens riktningar rör sig slumpmässigt även vid 0 Kelvin. Experiment på kvantspinnvätskan avslöjar sambandet mellan supraledning och magnetism (arrangemang av elektronspinn). Det är också anmärkningsvärt att fasdiagrammet för starkt korrelerat elektronsystem är ett signifikant mål för kvantsimulatorer. Detta resultat ger en möjlig standardlösning för de nyutvecklade beräkningsmetoderna.