En signifikant skillnad mellan supraledningsförmågan i två viktiga okonventionella supraledande system har hittats av tre teoretiska fysiker vid RIKEN. Detta fynd ger fysiker värdefulla ledtrådar för att få en bättre förståelse för hur supraledning fungerar i dessa system.

Det motståndslösa flödet av elektricitet, eller supraledning, kan grovt delas in i två kategorier:konventionella och okonventionella. Mekanismen för konventionell supraledning har varit känd i över 60 år, medan mekanismen för okonventionell supraledning ännu inte har klarats upp helt. Att fastställa hur supraledning fungerar i okonventionella supraledare skulle vara ett stort steg mot att uppnå det länge önskade målet att realisera supraledning vid rumstemperatur.

Okonventionell supraledning förekommer i olika material. De mest kända är kopparoxider som kallas kuprater, som supraledare vid relativt höga temperaturer. Ett fåtal molekylära ledare - organiska föreningar som leder elektricitet - uppvisar också okonventionell supraledning. Fysiker har diskuterat om supraledningsförmågan i kuprater och molekylära ledare härrör från liknande mekanismer.

"Supraledningsmekanismerna i kuprater och molekylära ledare är under debatt, " konstaterar chefsforskaren Seiji Yunoki. "De två systemen har många likheter, men också vissa skillnader."

Nu, Yunoki och Hiroshi Watanabe från RIKEN Computational Condensed Matter Physics Laboratory och Hitoshi Seo från RIKEN Condensed Matter Theory Laboratory har teoretiskt beräknat de elektroniska egenskaperna hos en molekylär ledare baserad på den svavelhaltiga organiska föreningen bis(etylenditio)tetrathiafulvalen (BE) .

Särskilt, de undersökte hur tillsats av elektroner till den påverkar dess elektroniska egenskaper. Trion undersökte också vad som händer när elektroner tas bort, vilket motsvarar att lägga till "hål" - luckor i molekylstrukturen som saknar elektroner. De upptäckte att det finns två olika typer av supraledning som har olika symmetri - den ena gynnas när elektroner läggs till, medan den andra gynnas när hål läggs till.

Denna teoretiska förutsägelse har nyligen i stort sett bekräftats av en experimentell studie utförd av ett team av experimentalister vid RIKEN.

Detta skiljer sig från vad som händer i cuprates. Forskarna tillskriver denna skillnad det faktum att den molekylära ledarens kristallstruktur är sådan att olika tillstånd energiskt konkurrerar. Som ett resultat, de växlar mellan varandra när det sker subtila förändringar i parametrar. Detta fenomen är känt som geometrisk frustration.

"Vår simulering indikerar att supraledningsmekanismen i vårt system är annorlunda i strikta mening eftersom den har geometrisk frustration, medan det inte finns någon frustration hos cuprates, säger Watanabe.

Teamet avser nu att undersöka vad som händer med deras molekylära ledare vid högre temperaturer.