Forskare från Tokyo Metropolitan University har skapat en ny supraledare med en kiral kristallin struktur genom att blanda två material, ett med supraledning men ingen kiralitet, ett annat med kiralitet men ingen supraledning.
Den nya platina-iridium-zirkoniumföreningen övergår till en bulksuperledare under 2,2 K och observerades ha kiral kristallin struktur med användning av röntgendiffraktion. Deras nya solida lösningsmetod lovar att påskynda upptäckten och förståelsen av nya exotiska supraledande material.
Forskare som studerar supraledning är på ett uppdrag att förstå hur den exotiska naturen hos supraledande material uppstår från deras struktur, och hur vi kan kontrollera strukturen för att få önskvärda egenskaper.
Av de många aspekterna av struktur är frågan om kiralitet en intressant ny utveckling. Många strukturer har en "handedness", det vill säga de ser inte likadana ut i en spegel. En effekt av kiralitet i supraledare är att utlösa något som kallas asymmetrisk spin-omloppskoppling (ASOC), en effekt som kan göra supraledare mer robusta mot hög magnetfältexponering.
För att förstå kiralitet mer på djupet behöver forskare dock fler supraledare med en kiral struktur att studera. Den vanliga vägen är att söka upp kirala föreningar, kontrollera om de är supraledande eller inte, skölja och upprepa:detta är mycket ineffektivt.
Det är därför ett team från Tokyo Metropolitan University ledd av docent Yoshikazu Mizuguchi har introducerat ett helt nytt tillvägagångssätt. Istället för att gå igenom listor över föreningar blandade de två föreningar med kända fysikaliska egenskaper, en platina-zirkoniumförening med supraledning men ingen kiralitet, och en iridium-zirkoniumförening med en kiral struktur, men inga rapporter om supraledning. Verket publiceras i Journal of the American Chemical Society .
Genom att kombinera element i ett förhållande som matchar en viss andel av varje förening, kunde de effektivt "mixa och matcha" fysiska egenskaper, och komma fram till ett nytt material som hade både en kiral kristallstruktur och supraledning.
Teamet studerade först olika blandningsförhållanden och fann att vid cirka 80 % iridiuminneslutning ökar andelen kiral kristallin struktur (här P6122-strukturen av den kirala iridium-zirkoniumföreningen) snabbt vid rumstemperatur. Genom att kyla prover till låga temperaturer kunde de bekräfta supraledningsförmåga upp till cirka 85 %. Detta lämnade ett litet fönster där båda egenskaperna kan manifesteras.
När de tittade på deras 80% blandning, kylde de ner provet till ungefär där supraledning sågs, och upptäckte att andelen kiral struktur ökar dramatiskt. Uppenbarligen är deras nya förening en supraledare med en kiral struktur.
Teamet bekräftade också att supraledningsförmågan uppstår i bulken, inte från ytan. Deras arbete visar kraften i en "mix and match"-metod för att skapa nya exotiska supraledare, ett välkommet, dramatiskt uppsving i jakten på mer material och mer förståelse.
Mer information: Yuto Watanabe et al, Low-Temperature Chiral Crystal Structure and Superconductivity in (Pt0.2Ir0.8)3Zr5, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c10797
Tillhandahålls av Tokyo Metropolitan University
