Elektroner i superledere beveger seg sammen i såkalte Cooper-par. Denne "paringen" gir
I s-bølge superledere - vanligvis i slikematerialer som bly, tinn og kvikksølv - Cooper-par består av et elektron som peker opp og det andre nedover, som begge beveger seg "med forsiden ned" mot hverandre uten ren vinkelmoment. I de siste tiårene har en ny klasse eksotiske materialer vist den såkalte d-wave superledningsevnen, der Cooper-par har to kvanta vinkelmoment.
Fysikere har fremmet teorien om eksistensen av en tredjedeltype superleder mellom disse to såkalte "singlet" -tilstandene: en p-bølge superleder med ett kvantum av vinkelmoment og sammenkobling av elektroner med parallelle snarere enn antiparallelle spinn. Denne superlederen med spin-triplett vil være et stort gjennombrudd i kvanteberegning, da den kan brukes til å lage Majorana fermioner - en unik partikkel som i seg selv er en antipartikkel.
I over 20 år har strontium-ruthenate (Sr2RuO4) vært en av de ledende kandidatene for rollen som en p-bølge superleder.
Ramshaw og teamet hans bestemte seg en gang for allefor å avgjøre om strontium ruthenate er en så populær p-bølge superleder. Ved hjelp av høyoppløselig resonans ultralydspektroskopi oppdaget de at dette materialet potensielt er en helt ny type superleder: g-bølgen.
Som i tidligere prosjekter, Ramshaw og Goshbrukte resonans ultralydspektroskopi for å studere symmetriegenskapene til superledningsevne i en strontium-ruthenatkrystall, som ble dyrket av ansatte fra Max Planck Institute for Chemical Solid State Physics i Tyskland.
Imidlertid, i motsetning til tidligere forsøk, møtte Ramshaw og Ghosh en stor utfordring i å gjennomføre eksperimentet.
"Å avkjøle resonans ultralyd ned til 1 Kelvin (minus -272,15 Celsius) er vanskelig, og for det måtte vi bygge et helt nytt apparat," forklarer Ghosh.
Med en ny installasjon, Cornell-teametmålte responsen til de elastiske konstantene til en krystall - i hovedsak lydhastigheten i et materiale - på forskjellige lydbølger når materialet blir avkjølt ved en superledende overgang til 1,4 Kelvin (-271,75 ° C).
"Dette er uten tvil den mest nøyaktige ultralydsspektroskopi-data som er oppnådd noensinne ved slike lave temperaturer," sa Ramshaw.
Basert på dataene har forskere bestemt detstrontium ruthenate er det som kalles en to-komponent superleder. Dette betyr at måten elektroner er bundet på er så kompleks at den ikke kan beskrives med et enkelt tall; han trenger retning også.
Tidligere studier har bruktkjernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi for å begrense mulighetene for hva slags bølgemateriale strontium ruthenate kan være, og effektivt eliminere p-bølgen som et alternativ. Ved å bestemme at materialet var to-komponent, bekreftet Ramshaws team ikke bare disse funnene, men viste også at strontium-rutenat ikke er en vanlig s- eller d-bølge superleder.
Forskere kan nå bruke denne teknikken til å studere andre materialer for å se om de er potensielle kandidater for p-bølgen.
Les også
I økosystemenes tid: hvordan IT-giganter blir til grensesnitt for hverdagen vår
Dommedagsbreen viste seg å være farligere enn forskere trodde. Vi forteller det viktigste
GitHub har erstattet begrepet "master" med en nøytral ekvivalent