Elektronen in supergeleiders bewegen samen in zogenaamde Cooper-paren. Deze "koppeling" geeft
In s-golf-supergeleiders - meestal in zulkematerialen zoals lood, tin en kwik - Cooper-paren bestaan uit één elektron dat naar boven wijst en het andere naar beneden, die beide "met het gezicht naar beneden" naar elkaar toe bewegen zonder puur impulsmoment. In de afgelopen decennia heeft een nieuwe klasse van exotische materialen de zogenaamde d-golf-supergeleiding aangetoond, waarbij Cooper-paren twee quanta impulsmoment hebben.
Natuurkundigen hebben de theorie van het bestaan van een derde naar voren gebrachttype supergeleider tussen deze twee zogenaamde "singlet" -toestanden: een p-golf supergeleider met één quantum impulsmoment en paar elektronen met parallelle in plaats van antiparallelle spins. Deze spin-triplet-supergeleider zal een belangrijke doorbraak zijn in kwantumcomputers, aangezien hij kan worden gebruikt om Majorana-fermionen te creëren - een uniek deeltje dat zelf een antideeltje is.
Al meer dan 20 jaar is strontium ruthenaat (Sr2RuO4) een van de belangrijkste kandidaten voor de rol van een p-golf-supergeleider.
Ramshaw en zijn team besloten voor eens en altijdom te bepalen of strontium ruthenaat zo'n populaire p-golf-supergeleider is. Met behulp van resonante ultrasone spectroscopie met hoge resolutie ontdekten ze dat dit materiaal in potentie een volledig nieuw type supergeleider is: de g-golf.
Net als in eerdere projecten, Ramshaw en Goshgebruikte resonantie ultrasone spectroscopie om de symmetrie-eigenschappen van supergeleiding in een strontium ruthenaatkristal te bestuderen, dat werd gekweekt door personeel van het Max Planck Instituut voor Chemische Vaste-stoffysica in Duitsland.
In tegenstelling tot eerdere pogingen stonden Ramshaw en Ghosh echter voor een grote uitdaging bij het uitvoeren van het experiment.
"Het koelen van resonante echografie tot 1 Kelvin (minus -272,15 Celsius) is moeilijk, en daarvoor moesten we een volledig nieuw apparaat bouwen", legt Ghosh uit.
Met een nieuwe installatie, het Cornell-teamgemeten de reactie van de elastische constanten van een kristal - in wezen de snelheid van geluid in een materiaal - op verschillende geluidsgolven wanneer het materiaal wordt gekoeld door een supergeleidende overgang tot 1,4 Kelvin (-271,75 ° C).
"Dit zijn verreweg de meest nauwkeurige resonantie ultrasone spectroscopiegegevens die ooit zijn verkregen bij zulke lage temperaturen", zei Ramshaw.
Op basis van de gegevens hebben wetenschappers dat vastgesteldstrontium ruthenaat is een zogenaamde tweecomponenten supergeleider. Dit betekent dat de manier waarop elektronen worden gebonden zo complex is dat het niet kan worden beschreven met een enkel getal; hij heeft ook leiding nodig.
Eerdere studies hebben gebruiktnucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie om de mogelijkheden te verkleinen van het soort golfmateriaal dat strontium ruthenaat kan zijn, waarbij de p-golf effectief als een optie wordt geëlimineerd. Door vast te stellen dat het materiaal uit twee componenten bestaat, bevestigde het team van Ramshaw niet alleen deze bevindingen, maar toonde het ook aan dat strontium ruthenaat geen gewone s- of d-golf-supergeleider is.
Onderzoekers kunnen deze techniek nu gebruiken om andere materialen te bestuderen om te zien of ze potentiële kandidaten zijn voor de p-golf.
Lees ook
In het tijdperk van ecosystemen: hoe IT-reuzen veranderen in interfaces van ons dagelijks leven
De Doomsday-gletsjer bleek gevaarlijker te zijn dan wetenschappers dachten. We vertellen het belangrijkste
GitHub heeft de term "master" vervangen door een neutraal equivalent