Diamanter har ett stadigt fäste i vårt lexikon. Deras många egenskaper fungerar ofta som superlativ för kvalitet, klarhet och hårdhet. Bortsett från populariteten av detta sällsynta material i prydnads- och dekorativ användning, dessa ädelstenar är också högt värderade i industrin där de används för att skära och polera andra hårda material och bygga strålningsdetektorer.

För mer än ett decennium sedan, en ny egenskap upptäcktes i diamanter när höga koncentrationer av bor introducerades till den:supraledning. Superledning uppstår när två elektroner med motsatt spinn bildar ett par (kallat Cooper-par), vilket resulterar i att materialets elektriska resistans är noll. Detta innebär att en stor överström kan flöda i materialet, med sig potentialen för avancerade tekniska tillämpningar. Än, lite arbete har gjorts sedan dess för att undersöka och karakterisera karaktären hos en diamants supraledning och därför dess potentiella tillämpningar.

Ny forskning ledd av professor Somnath Bhattacharyya i Nano-Scale Transport Physics Laboratory (NSTPL) vid Fysikskolan vid University of the Witwatersrand i Johannesburg, Sydafrika, beskriver fenomenet med vad som kallas "triplettsupraledning" i diamant. Triplettsupraledning uppstår när elektroner rör sig i ett sammansatt spinntillstånd snarare än som ett enda par. Detta är en extremt sällsynt ändå effektiv form av supraledning som hittills bara har varit känd för att förekomma i ett eller två andra material, och endast teoretiskt i diamanter.

"I ett konventionellt supraledande material som aluminium, supraledning förstörs av magnetiska fält och magnetiska föroreningar, dock kan triplettsupraledning i en diamant existera även i kombination med magnetiska material. Detta leder till mer effektiv och multifunktionell drift av materialet, " förklarar Bhattacharyya.

Teamets arbete har nyligen publicerats i en artikel i New Journal of Physics , med titeln "Effekter av Rashba-spin-omloppskoppling på supraledande bordopade nanokristallina diamantfilmer:bevis på gränssnittstriplettsuperledning." Denna forskning gjordes i samarbete med Oxford University (UK) och Diamond Light Source (UK). Genom dessa samarbeten, vackert atomarrangemang av diamantkristaller och gränssnitt som aldrig tidigare har setts kunde visualiseras, stöder de första påståendena om "triplett" supraledning.

Praktiska bevis på triplettsupraledning i diamanter kom med mycket spänning för Bhattacharyya och hans team. "Vi jobbade till och med på juldagen, vi var så exalterade, säger Davie Mtsuko.

"Detta är något som aldrig tidigare har hävdats i diamant, ", tillägger Christopher Coleman. Både Mtsuko och Coleman är medförfattare till tidningen.

Trots diamanters rykte som en mycket sällsynt och dyr resurs, de kan tillverkas i ett laboratorium med hjälp av en specialiserad utrustning som kallas en ångavsättningskammare. Wits NSTPL har utvecklat sin egen plasmadeponeringskammare som gör att de kan odla diamanter av högre kvalitet än normalt, vilket gör dem idealiska för denna typ av avancerad forskning.

Detta fynd utökar den potentiella användningen av diamant, som redan anses vara ett kvantmaterial. "All konventionell teknik är baserad på halvledare associerade med elektronladdning. Hittills vi har en anständig förståelse för hur de interagerar, och hur man kontrollerar dem. Men när vi har kontroll över kvanttillstånd som supraledning och intrassling, det finns mycket mer fysik i laddningen och spinn av elektroner, och detta kommer också med nya egenskaper, " säger Bhattacharyya. "Med den nya ökningen av supraledande material som diamant, traditionell kiselteknologi kan ersättas med kostnadseffektiva lösningar med låg strömförbrukning."

Induktionen av triplettsupraledning i diamant är viktig för mer än bara dess potentiella tillämpningar. Det talar till vår grundläggande förståelse av fysik. "Än så länge, triplettsupraledning existerar mest i teorin, och vår studie ger oss en möjlighet att testa dessa modeller på ett praktiskt sätt, säger Bhattacharyya.