Superledningen är känd för att lätt förstöras av starka magnetfält. NIMS, Osaka University och Hokkaido University har gemensamt upptäckt att en superledare med atomskala tjocklek kan behålla sin supraledning även när ett starkt magnetfält appliceras på den. Teamet har också identifierat en ny mekanism bakom detta fenomen. Dessa resultat kan underlätta utvecklingen av supraledande material som är resistenta mot magnetfält och topologiska superledare som består av supraledande och magnetiska material.

Supraledning har använts i olika tekniker, såsom magnetisk resonanstomografi (MRT) och mycket känsliga magnetiska sensorer. Topologiska supraledare, en speciell typ av supraledare, har rönt stor uppmärksamhet de senaste åren. De kan behålla kvantinformation under lång tid och kan användas i kombination med magnetiska material för att bilda kvantbitar som kan göra det möjligt för kvantdatorer att utföra mycket komplexa beräkningar. Dock, supraledning förstörs lätt av starka magnetfält eller magnetiska material i närheten. Det är därför önskvärt att utveckla ett topologiskt supraledande material som är resistent mot magnetfält.

Forskargruppen tillverkade nyligen kristallina filmer av indium, ett vanligt supraledande material, med tjocklek i atomskala. Teamet upptäckte sedan en ny mekanism som förhindrar att superledningsförmågan hos dessa filmer förstörs av ett starkt magnetfält. När ett magnetfält appliceras på ett supraledande material, magnetfältet samverkar med elektronsnurr. Det får materialets elektroniska energi att förändras och förstör dess supraledning. Dock, när ett supraledande material tunnas ut till ett tvådimensionellt atomlager, spinnet och rörelsemängden för elektronerna i lagret är kopplade, vilket gör att elektronsnurrarna ofta roterar. Detta uppväger effekten av förändringarna i elektronisk energi som induceras av magnetfältet och bevarar därmed supraledning. Denna mekanism kan förstärka det kritiska magnetfältet - den maximala magnetfältstyrkan över vilken supraledning försvinner - upp till 16-20 Tesla, vilket är ungefär det tredubbla det allmänt accepterade teoretiska värdet. Det förväntas ha ett brett spektrum av tillämpningar eftersom det observerades för ett vanligt supraledande material och inte kräver vare sig speciella kristallina strukturer eller starka elektroniska korrelationer.

Baserat på dessa resultat, vi planerar att utveckla supraledande tunna filmer som kan motstå ännu starkare magnetfält. Vi har också för avsikt att skapa en hybridenhet bestående av supraledande och magnetiska material som behövs för utvecklingen av topologiska supraledare:en viktig komponent i nästa generations kvantdatorer.