Aanvoerder van de samenwerking is professor Justin Ye uit Groningen. Ye en zijn team hebben gewerkt aan de supergeleidende toestand van Ising, een toestand die in 2015 werd ontdekt bij HFML-FELIX. Dit is een speciale toestand die magnetische velden kan weerstaan die doorgaans supergeleiding vernietigen. In 2019 creëerden ze een apparaat met een dubbele laag molybdeendisulfide dat de Ising-supergeleidingstoestanden in de twee lagen zou kunnen koppelen. Interessant is dat het apparaat het mogelijk maakt om deze bescherming met behulp van een elektrisch veld aan of uit te zetten, wat resulteert in een supergeleidende transistor.
Tweaken
Het gekoppelde Ising-supergeleiderapparaat werpt licht op een langdurige uitdaging op het gebied van supergeleiding. In 1964 voorspelden vier wetenschappers (Fulde, Ferrell, Larkin en Ovchinnikov) een speciale supergeleidende toestand die zou kunnen bestaan onder omstandigheden van lage temperatuur en een sterk magnetisch veld, de FFLO-toestand genoemd. In standaard supergeleiding bewegen elektronen in tegengestelde richtingen als Cooper-paren. Omdat ze met dezelfde snelheid bewegen, hebben deze elektronen een totaal kinetisch momentum van nul. In de FFLO-toestand is er echter een klein snelheidsverschil tussen de elektronen in de Cooper-paren, wat betekent dat er een netto kinetisch momentum is.
Om de FFLO-toestand in een conventionele supergeleider te creëren, is een sterk magnetisch veld nodig. Maar de rol van het magnetische veld vereist een nauwkeurige afstelling. Simpel gezegd, om twee rollen te laten spelen door het magnetische veld, moet gebruik gemaakt worden van het Zeeman-effect. Dit scheidt elektronen in Cooper-paren op basis van de richting van hun spins (een magnetisch moment), maar niet op het orbitale effect - de andere rol die normaal gesproken supergeleiding vernietigt. Ising supergeleiding onderdrukt het Zeeman-effect. “Door het belangrijkste ingrediënt dat conventionele FFLO mogelijk maakt eruit te filteren'”, zegt Ye, “hebben we het magnetische veld voldoende ruimte gegeven om zijn andere rol te spelen, namelijk het orbitale effect.”
Apparaten
Dit artikel biedt het eerste duidelijke bewijs van de door een orbitaal effect aangedreven FFLO-toestand in een Ising-supergeleider. De FFLO-toestand in conventionele supergeleiders vereist extreem lage temperaturen en een zeer sterk magnetisch veld, waardoor het moeilijk te creëren is. In de Ising-supergeleider van Ye wordt de toestand echter bereikt met een zwakker magnetisch veld en bij hogere temperaturen. De hoge magnetische velden bij HFML-FELIX waren desalniettemin belangrijk om de onderzoekers in staat te stellen het volledige fasediagram van dit nieuwe fenomeen vast te stellen.
Deze nieuwe supergeleidende toestand moet echter nog verder worden onderzocht. Ye: “Er valt nog veel over te leren. Hoe beïnvloedt het kinetische momentum bijvoorbeeld de fysieke parameters? Het bestuderen van deze toestand zal nieuwe inzichten opleveren in supergeleiding. En dit kan ons in staat stellen om deze toestand te controleren in apparaten zoals transistors. Dat is onze volgende uitdaging.”
