Denna bild visar flera supraledande molekylära trådar i nanoskala på ett silversubstrat. Kredit:Bild med tillstånd av Saw-Wai Hla och Kendal Clark, Ohio University.
Forskare har upptäckt världens minsta supraledare, ett ark med fyra par molekyler som är mindre än en nanometer brett. Den Ohio University-ledda studien, publicerad söndag som en förhandspublikation online i tidskriften Naturens nanoteknik , ger det första beviset på att molekylära supraledande trådar i nanoskala kan tillverkas, som skulle kunna användas för elektroniska enheter i nanoskala och energitillämpningar.
"Forskare har sagt att det är nästan omöjligt att göra sammankopplingar i nanoskala med hjälp av metalliska ledare eftersom motståndet ökar när storleken på tråden blir mindre. Nanotrådarna blir så varma att de kan smälta och förstöra. Den frågan, Joule uppvärmning, har varit ett stort hinder för att göra enheter i nanoskala till verklighet, " sa huvudförfattaren Saw-Wai Hla, en docent i fysik och astronomi vid Ohio Universitys Nanoscale and Quantum Phenomena Institute.
Supraledande material har ett elektriskt motstånd på noll, och kan därför bära stora elektriska strömmar utan effektförlust eller värmealstring. Superledning upptäcktes först 1911, och tills nyligen, ansågs vara ett makroskopiskt fenomen. Det aktuella fyndet tyder på, dock, att det finns i molekylär skala, vilket öppnar en ny väg för att studera detta fenomen, sa Hla. Supraledare används för närvarande i applikationer som sträcker sig från superdatorer till hjärnavbildningsenheter.
Den här bilden visar den minsta supraledaren, som bara är .87 nanometer bred. Kredit:Bild med tillstånd av Saw-Wai Hla och Kendal Clark, Ohio University.
I den nya studien, som finansierades av det amerikanska energidepartementet, Hlas team undersökte syntetiserade molekyler av en typ av organiskt salt, (SPATS) 2 -GaCl 4 , placeras på en yta av silver. Genom att använda skanningstunnelspektroskopi, forskarna observerade supraledning i molekylkedjor av olika längd. För kedjor under 50 nanometer långa, supraledningsförmågan minskade när kedjorna blev kortare. Dock, forskarna kunde fortfarande observera fenomenet i kedjor så små som fyra par molekyler, eller 3,5 nanometer lång.
För att observera supraledning i denna skala, forskarna behövde kyla molekylerna till en temperatur på 10 Kelvin. Varmare temperaturer minskade aktiviteten. I framtida studier, forskare kan testa olika typer av material som kanske kan bilda supraledande ledningar i nanoskala vid högre temperaturer, sa Hla.
"Men vi har öppnat ett nytt sätt att förstå detta fenomen, vilket kan leda till nya material som kan konstrueras för att fungera vid högre temperaturer, " han sa.
Studien är också anmärkningsvärd för att ge bevis för att supraledande organiska salter kan växa på ett substratmaterial.
"Detta är också viktigt om man vill tillverka elektroniska kretsar i nanoskala med hjälp av organiska molekyler, " tillade Hla.
