Hoge druk versterkt supergeleiding in ferromagneet

Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam, de Stichting FOM en het National Institute for Materials Science in Tsukuba (Japan), hebben ontdekt dat de combinatie supergeleiding en ferromagnetisme blijft bestaan onder zeer hoge druk. Tijdens magnetische en transportmetingen onder hoge druk tot 22.000 atmosfeer aan een speciale intermetallische verbinding bleek dat ferromagnetisme geleidelijk zwakker wordt en verdwijnt bij een kritische druk van 14.000 atmosfeer.

Opmerkelijk was dat de supergeleiding rond de kritische druk juist het sterkst is. Dit leverde bewijs voor een nieuwe vorm van supergeleiding, namelijk supergeleiding gestimuleerd door ferromagnetische interacties. Masterstudent Erik Slooten, FOM-promovenda Alessia Gasparini en hun collega-onderzoekers in Amsterdam en Tsukuba, publiceren hun bevindingen deze week in het gerenommeerde tijdschrift Physical Review Letters.

De verklaring voor deze ongebruikelijke vorm van supergeleiding in een ferromagneet, die optreedt bij een lage temperatuur van 1 kelvin, is dat de elektronen dan supergeleidende paren vormen met parallelle spin. Deze zogeheten spin-triplet paren zijn relatief immuun voor een magneetveld. De zeer hoge waarden van het magneetveld die nodig zijn om supergeleiding te onderdrukken, namelijk 15 tesla rond de kritische druk van 14.000 atmosfeer, leveren het bewijs voor het bestaan van de tripletparen.

Tegendraadse supergeleider UCoGe
Supergeleiding en ferromagnetisme komen in de regel niet samen voor. In 2007 ontdekte de onderzoeksgroep van dr. Anne de Visser hierop de uitzondering: een verbinding van uranium, kobalt en germanium, de tegendraadse supergeleider UCoGe. Supergeleiding in UCoGe is een mooi voorbeeld van een ongewone grondtoestand die kan optreden bij een zogeheten magnetische quantum faseovergang vlak bij het absolute nulpunt. Kritische ferromagnetische spin fluctuaties vormen daarin de lijm die de elektronen bindt in supergeleidende tripletparen. Onderzoek aan dit type supergeleiders biedt inzicht in de manier waarop magnetische interacties supergeleiding kunnen bevorderen. Dit kan vervolgens een belangrijke rol spelen in het ontwikkelen van nieuwe supergeleiders met hoge overgangstemperaturen. De bevindingen rondom het UCoGe-onderzoek leidde in augustus 2007 tot een publicatie in Physical Review Letters (PRL), gevolgd door nog twee publicaties in PRL . De publicatie van deze week is dus de vierde op rij.

Referenties
(1) Enhancement of superconductivity near the ferromagnetic quantum critical point in UCoGe, Erik Slooten¹, Takashi Naka², Alessia Gasparini1, Ying Kai Huang¹ en Anne de Visser¹, Physical Review Letters 103, 097003 (2009), ¹Universiteit van Amsterdam, Van der Waals-Zeeman Instituut, ²National Institute for Materials Science, Tsukuba, Japan.

(2) Superconductivity on the border of weak itinerant ferromagnetism in UCoGe, Nguyen Thanh Huy¹, Alessia Gasparini¹, Fendy de Nijs¹, Yingkai Huang¹, Jacques Klaasse¹, Ton Gortenmulder¹, Anne de Visser¹, Andreas Hamann², Tobias Görlach² en Hilbert von Löhneysen², ¹Universiteit van Amsterdam, Van der Waals-Zeeman Instituut, ²Universität Karlsruhe, Physikalisches Institut. Het artikel is op 10 augustus 2007 online gepubliceerd in Physical Review Letters. Kijk voor meer informatie ook op: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/2007/artikel.pag?objectnumber=65114