Noll elektriskt motstånd vid rumstemperatur? Ett material med denna egenskap, dvs en rumstemperatur supraledare, skulle kunna revolutionera maktfördelningen. Men hittills, ursprunget till supraledning vid hög temperatur är endast ofullständigt förstått. Forskare från Universität Hamburg och Cluster of Excellence "CUI:Advanced Imaging of Matter" har lyckats observera starka bevis på överfluiditet i ett centralt modellsystem, ett tvådimensionellt gasmoln för första gången. Forskarna rapporterar om sina experiment i tidskriften Vetenskap , som gör det möjligt att undersöka nyckelfrågor om högtemperatursupraledning i ett mycket välkontrollerat modellsystem.

Det finns saker som inte ska hända. Till exempel, vatten kan inte rinna från ett glas till ett annat genom glasväggen. Förvånande, kvantmekaniken tillåter detta, förutsatt att barriären mellan de två vätskorna är tillräckligt tunn. På grund av den kvantmekaniska tunneleffekten, partiklar kan penetrera barriären, även om barriären är högre än vätskenivån. Ännu mer anmärkningsvärt, denna ström kan till och med flyta när nivån på båda sidor är densamma eller strömmen måste flyta något uppför. För detta, dock, vätskorna på båda sidor måste vara supervätskor, dvs de måste kunna flyta runt hinder utan friktion.

Detta slående fenomen förutspåddes av Brian Josephson under sin doktorsavhandling, och det är av så grundläggande betydelse att han tilldelades Nobelpriset för det. Strömmen drivs endast av superfluidernas vågnatur och kan, bland annat, se till att supervätskan börjar svänga fram och tillbaka mellan de två sidorna – ett fenomen som kallas Josephsonoscillationer.

Josephson-effekten observerades första gången 1962 mellan två supraledare. I experimentet – i direkt analogi med vattenflödet utan nivåskillnad – kunde en elektrisk ström flyta genom en tunnelkontakt utan pålagd spänning. Med denna upptäckt, ett imponerande bevis hade tillhandahållits för att materiens vågnatur i supraledare kan observeras även på makroskopisk nivå.

Nu, för första gången, forskarna i Prof. Henning Moritz grupp har lyckats observera Josephsons svängningar i en tvådimensionell (2-D) Fermi-gas. Dessa Fermi-gaser består av en "andning av ingenting, " nämligen ett gasmoln med bara några tusen atomer. Om de kyls till några miljondels grad över absolut noll, de blir superflytande. De kan nu användas för att studera superfluider där partiklarna interagerar starkt med varandra och lever i endast två dimensioner - en kombination som verkar vara central för supraledning vid hög temperatur, men som fortfarande bara är ofullständigt förstådd.

"Vi blev förvånade över hur tydligt Josephson-svängningarna var synliga i vårt experiment. Detta är tydliga bevis på faskoherens i vår ultrakalla 2-D Fermi-gas, " säger försteförfattaren Niclas Luick. "Den höga graden av kontroll vi har över vårt system har också gjort det möjligt för oss att mäta den kritiska ström över vilken överfluiditeten bryter ner."

"Detta genombrott öppnar upp för många nya möjligheter för oss att få insikter om karaktären hos starkt korrelerade 2D-superfluider, " säger prof. Moritz, "Dessa är av enastående betydelse i modern fysik, men väldigt svårt att simulera teoretiskt. Vi är glada över att kunna bidra till en bättre förståelse av dessa kvantsystem med vårt experiment."