Ett enda mätresultat är inte ett bevis – detta har visats om och om igen inom vetenskapen. Vi kan bara verkligen lita på ett forskningsresultat när det har mätts flera gånger, helst av olika forskargrupper, på lite olika sätt. På det här sättet, fel kan vanligtvis upptäckas förr eller senare.

Dock, en ny studie av prof. Andrej Pustogow från Institutet för fasta tillståndets fysik vid TU Wien tillsammans med andra internationella forskarlag visar att detta ibland kan ta ganska lång tid. Undersökningen av strontiumrutenat, ett material som spelar en viktig roll i okonventionell supraledning, har nu motbevisat ett experiment som blev känt på 1990-talet, när man trodde att en ny form av supraledning hade upptäckts. Som det nu visar sig, dock, materialet beter sig väldigt likt andra välkända högtemperatursupraledare. Ändå, detta är ett viktigt steg framåt för forskningen.

Två partiklar med kopplat snurr

Supraledning är ett av de stora mysterierna inom fasta tillståndets fysik:vissa material förlorar sitt elektriska motstånd helt vid låga temperaturer. Denna effekt är fortfarande inte helt klarlagd. Vad är säkert, dock, är att så kallade "Cooper-par" spelar en central roll för supraledning.

I en vanlig metall, elektrisk ström består av individuella elektroner som kolliderar med varandra och med metallatomerna. I en superledare, elektronerna rör sig i par. "Detta förändrar situationen dramatiskt, " förklarar Pustogow. "Det liknar skillnaden mellan en folkmassa på en livlig shoppinggata och den till synes lätta rörelsen hos ett dansande par på dansgolvet." När elektroner binds i Cooper-par, de förlorar inte energi genom spridning och rör sig genom materialet utan störningar. Den avgörande frågan är:Vilka förhållanden leder till denna bildandet av Cooper-par?

"Ur kvantfysisk synvinkel, det viktiga är snurren av dessa två elektroner, " säger Pustogow. Spinn är det magnetiska momentet för en elektron och kan peka antingen 'uppåt' eller 'nedåt'. I Cooper-par, dock, en koppling sker:i ett "singlet" tillstånd, en elektrons spinn pekar uppåt och den andra elektronens spinn pekar nedåt. De magnetiska momenten tar bort varandra och parets totala spinn är alltid noll.

Dock, denna regel, som nästan alla supraledare följer, verkade vara bruten av Cooper-paren i strontiumruthenat (Sr ₂ RuO ₄ ). 1998, resultat publicerades som indikerade Cooper-par där båda elektronernas spinn pekar åt samma håll (då är det en så kallad "spintriplett"). "Detta skulle möjliggöra helt nya applikationer, " förklarar Pustogow. "Sådana triplett Cooper-par skulle då inte längre ha en total snurr på noll. Detta skulle göra det möjligt för dem att manipuleras med magnetfält och användas för att transportera information utan förlust, vilket skulle vara intressant för spintronics och möjliga kvantdatorer. "

Detta väckte stor uppståndelse, inte minst för att strontiumrutenat också ansågs vara ett särskilt viktigt material för supraledningsforskning av andra skäl:dess kristallstruktur är identisk med den hos kuprater, som uppvisar supraledning vid hög temperatur. Medan de sistnämnda är avsiktligt dopade med "föroreningar" för att möjliggöra supraledning, Sr ₂ RuO ₄ är redan supraledande i sin rena form.

Ny mätning, nytt resultat

"Faktiskt, vi studerade detta material av en helt annan anledning, " säger Pustogow. "Men i processen, vi insåg att dessa gamla mätningar inte kunde vara korrekta." Under 2019, det internationella teamet kunde visa att den förment exotiska spinneffekten bara var en mätartefakt:den uppmätta temperaturen matchade inte den faktiska temperaturen för det studerade provet; faktiskt, provet som studerades vid den tiden var inte alls supraledande. Med denna insikt i åtanke, materialets supraledningsförmåga undersöktes nu med stor precision. De nya resultaten visar tydligt att strontiumrutenat inte är en triplettsupraledare. Snarare, egenskaperna motsvarar vad som redan är känt från cuprates.

Dock, Pustogow tycker inte att detta är en besvikelse:"Det är ett resultat som ger vår förståelse av högtemperatur supraledning i dessa material ytterligare ett steg framåt. Upptäckten att strontiumrutenat visar liknande beteende som kuprater betyder två saker:å ena sidan, det visar att vi inte har att göra med en exotisk, nytt fenomen, och å andra sidan betyder det också att vi har ett nytt material till vårt förfogande, där vi kan undersöka redan kända fenomen." Ultrarent strontiumrutenat är bättre lämpat för detta än tidigare kända material. Det erbjuder ett mycket renare testfält än kuprater.

Dessutom, man lär sig också något om pålitligheten hos gamla, allmänt accepterade publikationer:"Egentligen man kan tro att resultat i solid-state fysik knappast kan vara fel, ", säger Pustogow. "Medan du är i medicin måste du kanske nöja dig med några laboratoriemöss eller ett prov på tusen försökspersoner, vi undersöker miljarder miljarder (cirka 10 ¹⁹ ) elektroner i en enda kristall. Detta ökar tillförlitligheten av våra resultat. Men det betyder inte att varje resultat är helt korrekt. Som överallt i vetenskapen, att återge tidigare resultat är oumbärligt inom vårt område - och det är också att förfalska dem. "