NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2015/nr-132-supergeleiding-ondanks-hoog-magneetveld/

Geprint op :
19 december 2018
15:04:39

De toestand waarbij de elektrische weerstand van een materiaal helemaal verdwijnt, noemt men supergeleiding. Normaliter bestaat dit verschijnsel alleen bij lage temperaturen en verbreekt een hoog magneetveld de supergeleiding. Nu blijkt dat dit niet altijd het geval is: transistoren uit molybdeendisulfide die in een enkele molecuullaag geleidend zijn, behouden hun supergeleidende eigenschappen zelfs bij een hoog magneetveld van 37 tesla.

Dit verrassende effect is onlangs ontdekt door een team van natuurkundigen uit Groningen, Hong Kong en Nijmegen in transistoren van ultradunne laagjes molybdeendisulfide, MoS2 . Dat materiaal staat bekend als droog smeermiddel. De experimenten werden uitgevoerd in het Hoge Magneetvelden Laboratorium (HFML) in Nijmegen, een samenwerkingsverband tussen FOM en de Radboud Universiteit. Dit succes is grotendeels gebaseerd op de innovatieve technologie van ionic gating . Hiermee kan men honderd keer meer elektronen in een transistor pompen – en deze zo supergeleidend maken - dan in conventionele veldeffecttransistoren.

Sterk intern magneetveld in Cooperparen
Supergeleiding ontstaat wanneer vrije elektronen met tegengestelde spin, hun intrinsieke draairichting, sterk aan elkaar koppelen en zogeheten Cooperparen vormen. Elektronen kunnen dergelijke paren alleen vormen als de trillingen in het materiaal minimaal zijn, vandaar dat supergeleiding alleen optreedt bij lage temperaturen. Als het materiaal wordt blootgesteld aan een magneetveld, lijnen de elektronenspins uit waardoor de koppeling tussen de elektronenparen vermindert en de supergeleiding verdwijnt. Verrassend genoeg blijft de supergeleiding in MoS2 bestaan doordat tussen twee elektronen een sterk intern magneetveld van honderd tesla ontstaat. Dit veld is ruim tien keer groter dan het veld waar supergeleiding normaliter verdwijnt en ook veel sterker dan de 37,5 tesla van de Nijmeegse supermagneet, die hiermee in 2014 een wereldrecord vestigde.

Meer fundamenteel begrip van supergeleiding
Hoewel deze experimenten voornamelijk betekenis hebben voor het fundamentele begrip van supergeleiding zijn er ook ideeën voor toepassingen: de mogelijkheid de elektronenspin te controleren zou een basis kunnen vormen voor de ontwikkeling van toekomstige quantumcomputers.