Alle supergeleiders transporteren elektrische stromen zonder weerstand. Maar ze bereiken hun doel
Supergeleiding is een macroscopischeeen kwantumfenomeen, dat bestaat uit de faseovergang van sommige stoffen bij lage temperaturen naar een nieuwe toestand zonder elektrische weerstand. Er zijn verschillende soorten supergeleiders. De eenvoudigste hiervan zijn enkele zuivere metalen, waarvan de eigenschappen veranderen in de buurt van het absolute nulpunt, en hun gedrag wordt goed beschreven door de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) -theorie.
Uit een onderzoek uitgevoerd door een team van Stanford University blijkt dat er in UTe2, of uraniumditelluride, niet één, maar twee soorten supergeleiding tegelijkertijd bestaan.
In een ander onderzoek identificeerde een team onder leiding van Steven Anlage, een UMD-professor in de natuurkunde en QMC-lid, ongebruikelijk gedrag aan het oppervlak van hetzelfde materiaal.
Supergeleiders vertonen hun bijzonderheidkenmerken alleen bij een bepaalde temperatuur, net zoals water alleen bevriest onder nul Celsius. In conventionele supergeleiders komen elektronen samen in een congalijn voor twee personen, die elkaar in het metaal volgen. Maar in sommige zeldzame gevallen kan men zeggen dat elektronenparen om elkaar heen dansen in plaats van in een lijn. Zodra de elektronen zich op deze manier combineren, ontstaat er een draaikolk, wat een topologische supergeleider onderscheidt van een eenvoudige elektronensupergeleider.
In een nieuw wetenschappelijk artikel, Palone en zijn medewerkersrapporteerde twee nieuwe dimensies die de interne structuur van UTe2 onthullen. Het UMD-team heeft de soortelijke warmte van een materiaal gemeten, dat meet hoeveel energie het kost om het per graad te verwarmen. Ze maten de soortelijke warmte bij verschillende begintemperaturen en observeerden hoe deze verandert naarmate het monster supergeleidend wordt.
Tijdens de tweede dimensie, het team van Stanfordrichtte een laserstraal op het UTe2-brok en merkte op dat het gereflecteerde licht enigszins vervormd was. Als ze licht op en neer lieten kaatsen, kaatste het gereflecteerde licht meestal op en neer, maar ook iets naar links en rechts. Dit betekende dat iets in de supergeleider het licht verdraaide en niet uitdraaide.
Het Stanford-team ontdekte ook dat:het magnetische veld kan ervoor zorgen dat UTe2 het licht op de een of andere manier afbuigt. Als ze een opwaarts magnetisch veld zouden aanleggen wanneer het monster supergeleidend werd, zou het uitgaande licht naar links worden gekanteld. Als ze het magnetische veld naar beneden richtten, kantelde het licht naar rechts. Dit vertelde de onderzoekers dat er iets speciaals was aan de op- en neerwaartse richtingen van het kristal voor de elektronen in paren in het monster.
Als de aard van supergeleiding in het materiaaltopologisch zal de weerstand in het grootste deel van het materiaal nog steeds nul zijn, maar er zal iets unieks gebeuren aan het oppervlak: deeltjes die bekend staan als Majorana-modi zullen verschijnen, ze zullen een vloeistof vormen die geen supergeleider is. Ook deze deeltjes blijven ondanks materiaaldefecten of kleine verstoringen van de omgeving op het oppervlak.
De onderzoekers suggereerden dat dankzijvanwege de unieke eigenschappen van deze deeltjes kunnen ze een goede basis vormen voor kwantumcomputers. Het coderen van een stuk kwantuminformatie in verschillende majorana's die ver van elkaar verwijderd zijn, maakt de informatie vrijwel immuun voor lokale verstoringen, wat tot nu toe een van de belangrijkste problemen van kwantumcomputers was.
Lees verder
Uitgelegd hoe het heelal wordt weerkaatst in de buurt van zwarte gaten
Massavergiftiging en nieuwe versies van de dood van de beschaving: hoe onze kennis over de Maya's veranderde
Veranderingen in de baan van de aarde hebben bijgedragen aan de opkomst van complex leven op de planeet