Fysiker vid University of Bath i Storbritannien, i samarbete med forskare från USA, har avslöjat en ny mekanism för att möjliggöra magnetism och supraledning att samexistera i samma material. Tills nu, forskare kunde bara gissa hur denna ovanliga samexistens kan vara möjlig. Upptäckten kan leda till applikationer inom grön energiteknik och i utvecklingen av supraledande enheter, till exempel nästa generations datorhårdvara.

I regel, supraledning (ett materials förmåga att passera en elektrisk ström med perfekt effektivitet) och magnetism (ses vid arbete i kylmagneter) gör dåliga sängkompisar eftersom inriktningen av de små elektroniska magnetiska partiklarna i ferromagneter generellt leder till förstörelse av de elektronpar som ansvarar för supraledning. Trots detta, badforskarna har funnit att den järnbaserade supraledaren RbEuFe4As4, som är superledande under -236 ° C, uppvisar både supraledning och magnetism under -258 ° C.

Fysik forskarstuderande David Collomb, som ledde forskningen, förklarade:"Det finns en stat i vissa material där, om du får dem riktigt kalla - betydligt kallare än Antarktis - blir de supraledande. Men för att denna supraledning ska tas till applikationer på nästa nivå, materialet måste visa samexistens med magnetiska egenskaper. Detta skulle göra det möjligt för oss att utveckla enheter som arbetar på en magnetisk princip, såsom magnetminne och beräkning med magnetiska material, att också njuta av fördelarna med supraledning.

"Problemet är att supraledning brukar gå förlorad när magnetism slås på. Under många decennier har forskare har försökt utforska en mängd material som har båda egenskaperna i ett enda material, och materialforskare har nyligen haft framgång med att tillverka en handfull sådana material. Dock, så länge vi inte förstår varför samexistensen är möjlig, jakten på dessa material kan inte göras med en lika fin kam.

"Denna nya forskning ger oss ett material som har ett brett temperaturintervall där dessa fenomen finns samtidigt, och detta kommer att tillåta oss att studera samspelet mellan magnetism och supraledning närmare och i detalj. Förhoppningsvis, detta kommer att resultera i att vi kan identifiera den mekanism genom vilken denna samexistens kan uppstå. "

I en studie publicerad i Fysiska granskningsbrev , laget undersökte det ovanliga beteendet hos RbEuFe4As4 genom att skapa magnetfältskartor över ett supraledande material när temperaturen sjönk. Till deras förvåning, de hittade virvlarna (punkterna i det supraledande materialet där magnetfältet tränger in) visade en uttalad breddning nära temperaturen -258 ° C, indikerar ett starkt undertryckande av supraledningsförmågan när magnetismen slås på.

Dessa observationer överensstämmer med en teoretisk modell som nyligen föreslagits av Dr. Alexei Koshelev vid Argonne National Laboratory i USA. Denna teori beskriver undertryckandet av supraledning genom magnetiska fluktuationer på grund av Europium (Eu) atomer i kristallerna. Här, den magnetiska riktningen för varje Eu -atom börjar fluktuera och anpassa sig till de andra, eftersom materialet sjunker under en viss temperatur. Detta gör att materialet blir magnetiskt. Bathforskarna drar slutsatsen att även om supraledning avsevärt försvagas av den magnetiska effekten, det är inte helt förstört.

"Detta tyder på att i vårt material, magnetismen och supraledningen hålls åtskilda från varandra i sina egna undergaller, som endast minimalt interagerar, sa Collomb.

"Detta arbete ökar vår förståelse av dessa sällsynta samexisterande fenomen avsevärt och kan leda till möjliga tillämpningar i framtidens superledande enheter. Det kommer att ge en djupare jakt på material som visar både supraledning och magnetism. Vi hoppas att det också kommer att uppmuntra forskare i mer tillämpade fält för att ta några av dessa material och göra nästa generations beräkningsenheter av dem.

"Förhoppningsvis, det vetenskapliga samfundet kommer gradvis in i en era där vi går från blå himmel forskning till att göra enheter av dessa material. Om ett decennium eller så, vi kan se prototypenheter som använder denna teknik som gör ett riktigt jobb. "

De amerikanska medarbetarna för detta projekt var Argonne National Laboratory, Hofstra University och Northwestern University.