Vindu i atomskala til superledning baner vei for nye kvantematerialer


Vindu i atomskala til superledning baner vei for nye kvantematerialer

Illustrasjon av Andreev-refleksjon mellom en superleder og en atomisk skarp metallspiss. Kreditt: Aalto University / Jose Lado.

I en studie publisert i Nanobokstaver, har forskere demonstrert en ny teknikk for å måle kvanteeksitasjonene i superledende materialer med atompresisjon for første gang. Å oppdage disse eksitasjonene er et viktig skritt mot å forstå eksotiske superledere, som kan hjelpe oss med å forbedre kvantedatamaskiner og kanskje til og med bane vei mot romtemperatur-superledere.

Superledere er materialer med no elektrisk motstand uansett, som vanligvis krever ekstremt lave temperaturer. De brukes i et bredt spekter av domener, fra medisinske applikasjoner til en sentral rolle i kvantedatamaskiner. Superledning er forårsaket av spesielt koblede elektronpar kjent som Cooper-par. Så langt har forekomsten av Cooper-par blitt målt indirekte makroskopisk i bulk, men en ny teknikk utviklet av forskere ved Aalto University og Oak Ridge National Laboratories i USA kan oppdage deres forekomst med atompresisjon.

Eksperimentene ble utført av Wonhee Ko og Petro Maksymovych ved Oak Ridge National Laboratory, med teoretisk støtte fra professor Jose Lado ved Aalto University. Elektroner kan “kvantetunnel” over energibarrierer, hoppe fra et system til et annet gjennom rommet på en måte som ikke kan forklares med klassisk fysikk. For eksempel, hvis et elektron parer seg med et annet elektron rett på punktet der et metall og en superleder møtes, kan det danne et Cooper-par som kommer inn i superlederen samtidig som det “sparker tilbake” en annen type partikkel inn i metallet i en prosess kjent som Andreev speilbilde. Forskerne så etter disse Andreev-refleksjonene for å oppdage Cooper-par.

For å gjøre dette målte de elektrisk strøm mellom en atomisk skarp metallspiss og en superleder, samt hvordan strømmen var avhengig av separasjonen mellom spissen og superlederen. Dette gjorde dem i stand til å oppdage mengden av Andreev-refleksjon som går tilbake til superlederen, samtidig som de opprettholder en bildeoppløsning som kan sammenlignes med individuelle atomer. Resultatene av eksperimentet samsvarte nøyaktig med Lados teoretiske modell.

Denne eksperimentelle påvisningen av Cooper-par på atomskala gir en helt ny metode for å forstå kvantematerialer. For første gang kan forskere på en unik måte bestemme hvordan bølgefunksjonene til Cooper-parene rekonstrueres på atomskala og hvordan de samhandler med urenheter i atomskala og andre hindringer.

“Denne teknikken etablerer en kritisk ny metodikk for å forstå den interne kvantestrukturen til eksotiske typer superledere kjent som ukonvensjonelle superledere, noe som potensielt lar oss takle en rekke åpne problemer i kvantematerialer,” sier Lado. Ukonvensjonelle superledere er en potensiell grunnleggende byggestein for kvantedatamaskiner og kan gi en plattform for å realisere superledning ved romtemperatur. Cooper-par har unike interne strukturer i ukonvensjonelle superledere som så langt har vært utfordrende å forstå.

Denne oppdagelsen gir mulighet for direkte sondering av tilstanden til Cooper pares inn ukonvensjonelle superledere, etablere en kritisk ny teknikk for en hel familie av kvantematerialer. Det representerer et stort skritt fremover i vår forståelse av kvantematerialer og bidrar til å presse arbeidet med å utvikle kvanteteknologier.


‘Regndråper på taket-teknikk’ avslører ny kvantevæske


Mer informasjon:
Wonhee Ko et al, Noncontact Andreev Reflection as a Direct Probe of Superconductivity on the Atomic Scale, Nanobokstaver (2022). DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00697

Sitering: Vindu i atomskala til superledning baner vei for nye kvantematerialer (2022, 3. juni) hentet 4. juni 2022 fra https://phys.org/news/2022-06-atomic-scale-window-superconductivity-paves-quantum .html

Dette dokumentet er underlagt opphavsrett. Bortsett fra enhver rettferdig handel for formålet med private studier eller forskning, kan ingen del reproduseres uten skriftlig tillatelse. Innholdet er kun gitt for informasjonsformål.