Elektroner i superledere bevæger sig sammen i såkaldte Cooper-par. Denne "parring" giver
I s-bølge superledere - normalt i sådannematerialer som bly, tin og kviksølv - Cooper-par består af en elektron, der peger opad og den anden nedad, som begge bevæger sig "ansigt" mod hinanden uden rent vinkelmoment. I de seneste årtier har en ny klasse af eksotiske materialer demonstreret den såkaldte d-bølge superledningsevne, hvor Cooper-par har to kvantiteter med vinkelmoment.
Fysikere har fremsat teorien om eksistensen af en tredjedeltype superleder mellem disse to såkaldte "singlet" -tilstande: en p-bølge-superleder med et kvantum af vinkelmoment og parring af elektroner med parallelle snarere end antiparallelle spins. Denne spin-triplet superleder vil være et stort gennembrud inden for kvanteberegning, da det kan bruges til at skabe Majorana fermioner - en unik partikel, der i sig selv er en antipartikel.
I over 20 år har strontium ruthenate (Sr2RuO4) været en af de førende kandidater til rollen som en p-bølge superleder.
Ramshaw og hans team besluttede en gang for allefor at bestemme, om strontium-ruthenat er en så populær p-bølge-superleder. Ved hjælp af højopløsningsresonans ultralydsspektroskopi opdagede de, at dette materiale potentielt er en helt ny type superleder: g-bølgen.
Som i tidligere projekter, Ramshaw og Goshbrugte resonans ultralydsspektroskopi til at studere symmetriegenskaberne af superledningsevne i en strontium-ruthenatkrystal, som blev dyrket af personale fra Max Planck Institute for Chemical Solid State Physics i Tyskland.
Men i modsætning til tidligere forsøg stod Ramshaw og Ghosh over for en stor udfordring i gennemførelsen af eksperimentet.
”Det er svært at køle resonans-ultralyd ned til 1 Kelvin (minus -272,15 Celsius), og til det måtte vi bygge et helt nyt apparat,” forklarer Ghosh.
Med en ny installation, Cornell-teametmålte reaktionen fra de elastiske konstanter i en krystal - i det væsentlige lydhastigheden i et materiale - på forskellige lydbølger, når materialet afkøles ved en superledende overgang til 1,4 Kelvin (-271,75 ° C).
"Dette er langt den mest nøjagtige resonans ultralydsspektroskopidata, der nogensinde er opnået ved så lave temperaturer," sagde Ramshaw.
Baseret på dataene har forskere bestemt detstrontium ruthenate er det, der kaldes en to-komponent superleder. Dette betyder, at den måde, elektroner er bundet på, er så kompleks, at den ikke kan beskrives med et enkelt tal; han har også brug for retning.
Tidligere undersøgelser har brugtnuklear magnetisk resonans (NMR) spektroskopi for at indsnævre mulighederne for, hvilken slags bølgemateriale strontium ruthenate kan være, hvilket effektivt eliminerer p-bølgen som en mulighed. Ved at bestemme, at materialet var to-komponent, bekræftede Ramshaws team ikke kun disse fund, men viste også, at strontium-ruthenat ikke er en almindelig s- eller d-bølge-superleder.
Forskere kan nu bruge denne teknik til at studere andre materialer for at se, om de er potentielle kandidater til p-bølgen.
Læs også
I økosystemernes æra: hvordan it-giganter bliver til grænseflader i vores hverdag
Dommedagsbreen viste sig at være farligere end forskere troede. Vi fortæller det vigtigste
GitHub har erstattet udtrykket "master" med en neutral ækvivalent