I supraledande material, en elektrisk ström kommer att flyta utan motstånd. Det finns en hel del praktiska tillämpningar av detta fenomen; dock, många grundläggande frågor är ännu obesvarade. Docent Justin Ye, chef för gruppen Device Physics of Complex Materials vid universitetet i Groningen, studerade supraledning i ett dubbelskikt av molybdendisulfid och upptäckte nya supraledande tillstånd. Resultaten publicerades i tidskriften Naturens nanoteknik den 4 november.

Supraledning har visats i enskiktskristaller av, till exempel, molybdendisulfid eller volframdisulfid som har en tjocklek på bara tre atomer. "I båda monolager, det finns en speciell typ av supraledning där ett internt magnetfält skyddar det supraledande tillståndet från externa magnetfält, " Ye förklarar. Normal supraledning försvinner när ett stort externt magnetfält appliceras, men denna Ising-supraledning är starkt skyddad. Även i det starkaste statiska magnetfältet i Europa, som har en styrka på 37 Tesla, supraledningsförmågan i volframdisulfid visar ingen förändring. Dock, även om det är bra att ha ett så starkt skydd, nästa utmaning är att hitta ett sätt att kontrollera denna skyddande effekt, genom att applicera ett elektriskt fält.

Nya supraledande tillstånd

Ye och hans medarbetare studerade ett dubbelt lager av molybdendisulfid:"I den konfigurationen, interaktionen mellan de två skikten skapar nya supraledande tillstånd." Ye skapade ett suspenderat dubbelskikt, med en jonisk vätska på båda sidor som kan användas för att skapa ett elektriskt fält över dubbelskiktet. "I det individuella monoskiktet, ett sådant fält kommer att vara asymmetriskt, med positiva joner på ena sidan och negativa laddningar inducerade på den andra. Dock, i dubbelskiktet, vi kan ha samma mängd laddning inducerad vid båda monoskikten, skapa ett symmetriskt system, " Ye förklarar. Det elektriska fältet som sålunda skapades kunde användas för att koppla på och stänga av supraledning. Det betyder att en supraledande transistor skapades som kunde grindas genom jonvätskan.

I det dubbla lagret, Ising-skyddet mot externa magnetfält försvinner. "Detta händer på grund av förändringar i interaktionen mellan de två lagren." Dock, det elektriska fältet kan återställa skyddet. "Skyddsnivån blir en funktion av hur starkt du grindar enheten."

Cooper parar

Förutom att skapa en supraledande transistor, Ye och hans kollegor gjorde ytterligare en spännande observation. 1964, ett speciellt supraledande tillstånd förutspåddes existera, kallad FFLO-staten (uppkallad efter forskarna som förutspådde det:Fulde, Ferrell, Larkin och Ovchinnikov). I supraledning, elektroner färdas i par i motsatta riktningar. Eftersom de färdas med samma hastighet, dessa Cooper-par har en total kinetisk rörelsemängd på noll. Men i FFLO-staten, det finns en liten hastighetsskillnad och därför är det kinetiska momentumet inte noll. Än så länge, detta tillstånd har aldrig studerats ordentligt i experiment.

"Vi har uppfyllt nästan alla förutsättningar för att förbereda FFLO-tillståndet i vår enhet, " säger Ye. "Men staten är mycket bräcklig och påverkas avsevärt av föroreningar på ytan av vårt material. Vi ska, därför, måste upprepa experimenten med renare prover."

Med det suspenderade dubbelskiktet av molybdendisulfid, Ni och medarbetare har alla ingredienser som behövs för att studera några speciella supraledande tillstånd. "Detta är verkligen grundläggande vetenskap som kan ge oss konceptuella förändringar."