I en överraskande upptäckt, ett internationellt team av forskare, ledd av forskare vid University of Minnesota Center for Quantum Materials, fann att deformationer i kvantmaterial som orsakar brister i kristallstrukturen faktiskt kan förbättra materialets supraledande och elektriska egenskaper.

De banbrytande resultaten kan ge ny insikt för att utveckla nästa generation av kvantbaserade datorer och elektroniska enheter.

Forskningen dök precis upp Naturmaterial .

"Kvantmaterial har ovanliga magnetiska och elektriska egenskaper som, om det förstås och kontrolleras, skulle kunna revolutionera praktiskt taget alla aspekter av samhället och möjliggöra mycket energieffektiva elektriska system och snabbare, mer exakta elektroniska enheter, " sa studiens medförfattare Martin Greven, en framstående McKnight-professor vid University of Minnesotas School of Physics and Astronomy och chef för Center for Quantum Materials. "Förmågan att ställa in och modifiera egenskaperna hos kvantmaterial är avgörande för framsteg inom både grundforskning och modern teknik."

Elastisk deformation av material uppstår när materialet utsätts för spänningar men återgår till sin ursprungliga form när spänningen avlägsnas. I kontrast, plastisk deformation är den icke-reversibla förändringen av ett materials form som svar på en applicerad påkänning – eller, enklare, handlingen att klämma eller sträcka den tills den tappar sin form. Plastisk deformation har använts av smeder och ingenjörer i tusentals år. Ett exempel på ett material med ett stort plastisk deformationsområde är vått tuggummi, som kan sträckas till dussintals gånger sin ursprungliga längd.

Även om elastisk deformation har använts i stor utsträckning för att studera och manipulera kvantmaterial, effekterna av plastisk deformation har ännu inte undersökts. Faktiskt, konventionell visdom skulle få forskare att tro att "klämma" eller "sträcka ut" kvantmaterial kan ta bort deras mest spännande egenskaper.

I denna banbrytande nya studie, forskarna använde plastisk deformation för att skapa utökade periodiska defektstrukturer i ett framträdande kvantmaterial känt som strontiumtitanat (SrTiO) ₃ ). De defekta strukturerna inducerade förändringar i de elektriska egenskaperna och ökade supraledningsförmågan.

"Vi blev ganska förvånade över resultatet", sa Greven. "Vi tänkte att våra tekniker verkligen skulle förstöra materialet. Vi skulle aldrig ha gissat att dessa ofullkomligheter faktiskt skulle förbättra materialens supraledande egenskaper, vilket innebär att, vid tillräckligt låga temperaturer, den kunde bära elektricitet utan energislöseri."

Greven sa att denna studie visar det stora löftet om plastisk deformation som ett verktyg för att manipulera och skapa nya kvantmaterial. Det kan leda till nya elektroniska egenskaper, inklusive material med hög potential för tillämpningar inom teknik, han sa.

Greven sa också att den nya studien belyser kraften hos state-of-the-art neutron- och röntgenspridningssonder för att dechiffrera de komplexa strukturerna hos kvantmaterial och av ett vetenskapligt tillvägagångssätt som kombinerar experiment och teori.

"Forskare kan nu använda dessa tekniker och verktyg för att studera tusentals andra material, ", sa Greven. "Jag förväntar mig att vi kommer att upptäcka alla möjliga nya fenomen på vägen."

Förutom University of Minnesota, teamet inkluderade forskare från universitetet i Zagreb, Kroatien; Ariel University, Israel; Peking University, Peking, Kina; Oak Ridge National Laboratory; och Argonne National Laboratory.