Nieuwe studie: elektronenparen waargenomen bij hogere temperaturen in supergeleidend materiaal cupraat

AmsterdamOnderzoekers zijn al lange tijd geboeid door supergeleiders vanwege hun vermogen om elektriciteit zonder energieverlies te laten stromen. Deze eigenschap maakt bepaalde technologieën mogelijk, zoals bepaalde typen hogesnelheidstreinen. Meestal werken supergeleiders echter alleen bij zeer lage temperaturen. Bij hogere temperaturen verliezen ze hun supergeleidende eigenschappen en veranderen ze in gewone geleiders of isolatoren. Recent heeft een studie voor het eerst een cruciaal kenmerk van supergeleiders ontdekt—elektronenparing—bij hogere temperaturen in een materiaal genaamd cupraat, een ongewoon type supergeleider.

Belangrijke bevindingen uit het onderzoek:

• Elektronenparen werden waargenomen bij temperaturen tot 150 Kelvin.
• Elektronenparen kwamen voor in een antiferromagnetische isolator, wat onverwacht is.
• De paring was het sterkst in de meest isolerende monsters van de cupraten.

Onderzoekers van het SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University en andere instellingen hebben elektronenparen onderzocht, essentieel voor supergeleiding. Om supergeleiding zonder elektrische weerstand te bereiken, moeten elektronenparen synchroon bewegen. In deze studie waren de elektronenparen niet synchroon, waardoor het materiaal geen nulweerstand vertoonde. Toch biedt dit onderzoek hoop op het ontwikkelen van supergeleiders die bij hogere temperaturen functioneren.

Lees ook:

Vandaag · 11:32

Traagheid van eiwitten bij chronische ziekten onthult nieuwe behandelmogelijkheden

Al meer dan 100 jaar weten onderzoekers dat in normale supergeleiders elektronen paren vormen door trillingen in de structuur van het materiaal. Deze materialen hebben zeer koude temperaturen nodig, bijna bij het absolute nulpunt, om te werken. Daarentegen werken materialen zoals cupraten, die onconventionele supergeleiders zijn, bij hogere temperaturen, tot 130 Kelvin. Wetenschappers waren lange tijd onzeker over de oorzaak van elektronparen in deze materialen, maar recente bevindingen suggereren dat veranderende elektronenspin de sleutel zou kunnen zijn.

Onderzoekers hebben ultraviolette straling gebruikt om de atomaire details van een cupraat te bestuderen. Ze ontdekten een "energiekloof" die elektronparen vertoonde tot wel 150 Kelvin, ver boven de 25 Kelvin waarbij het materiaal supergeleidend wordt. Verrassend was dat de sterkste paarvorming werd aangetroffen in de monsters die de beste isolatoren waren.

De resultaten van deze studie suggereren dat toekomstig onderzoek zich zou kunnen richten op het veranderen van de omstandigheden die ervoor zorgen dat elektronenparen gezamenlijk bewegen. Dit zou kunnen leiden tot supergeleiders die functioneren bij hogere temperaturen. Dit onderzoek biedt nieuwe methoden om deze elektronenparen te bestuderen en mogelijk hun samenwerking te verbeteren, waardoor we dichter bij supergeleiders op kamertemperatuur komen. Dit zou een enorme invloed kunnen hebben op moderne technologie, waaronder energiezuinigere elektriciteitsnetten en geavanceerde kwantumcomputers.