Forskare från Tokyo Metropolitan University har skapat ett nytt skiktat superledande material med ett ledande lager av vismut, silver, tenn, svavel och selen. Det ledande lagret har fyra distinkta underlag; genom att införa fler element, de kunde uppnå oöverträffad anpassningsbarhet och en högre "kritisk temperatur" under vilken supraledning observeras, ett huvudmål för superledarforskning. Deras designstrategi kan tillämpas för att konstruera nya och förbättrade supraledande material.

En gång en akademisk nyfikenhet, superledare är nu i framkant av verkliga tekniska innovationer. Superledande magneter ses i vardagliga MRI -maskiner, partikelacceleratorer för medicinska behandlingar, för att inte tala om det nya Chuo Shinkansen maglev -tåget som förbinder Tokyo med Nagoya som för närvarande byggs. Nyligen, en helt ny klass av "skiktade" supraledande strukturer har studerats, bestående av alternativa lager av supraledande och isolerande tvådimensionella kristallina skikt. Särskilt, systemets anpassningsbarhet har väckt särskilt intresse mot bakgrund av dess potential att skapa ultraeffektiva termoelektriska enheter och en helt ny klass av "högtemperatur" supraledande material.

Ett team under ledning av docent Yoshikazu Mizuguchi från Tokyo Metropolitan University skapade nyligen en vismutsulfidbaserad skiktad superledare; deras arbete har redan avslöjat nya termoelektriska egenskaper och en förhöjd "kritisk temperatur" under vilken supraledning observeras. Nu, arbetar med ett team från University of Yamanashi, de har tagit en flerskiktad version av systemet, där det ledande lagret består av fyra atomlager, och började byta ut små andelar av olika atomarter för att undersöka hur materialet förändras.

Börjar med ett ledande lager av vismut, silver och svavel, de försökte byta ut lite av silvret mot tenn. Genom att variera mängden silver, de kunde höja den kritiska temperaturen från 0,5K till över 2,0K. Intressant, de fann att detta åtföljdes av att en anomali i dess resistivitet försvann vid betydligt högre temperaturer. Även om orsaken bakom detta ännu inte är förstått, det är klart att tillsatsen av tenn har väsentligt förändrat materialets elektroniska struktur. Vidare, de tog sin bästa vismut, silver, svavel- och tennkombination och ersatte en del av svavlet med selen, en modifiering känd för att förbättra supraledande egenskaper i sitt ursprungliga vismutsulfidmaterial. De höjde inte bara den kritiska temperaturen ytterligare till 3,0K, de fann att svaret på magnetfält visade signaturer av "bulk" supraledning, ger ett tydligt bevis på att de faktiskt kan komma åt både fördelarna med minskad dimension och bulkmaterial.

Genom att ändra sammansättning och antal lager, teamet tror att de är på väg att uppnå bottom-up-konstruktion av nya, skräddarsydda vismutsulfidbaserade supraledande material.