30 juli 2019 om 10:09 uur
Een Leidse onderzoeksgroep heeft de eerste beelden ooit kunnen maken van de ruimtelijke variatie van supergeleidende deeltjes. Het team gebruikte een Josephson Scanning Tunneling Microscope. De beloning: een publicatie in Nature.
"Een van de raadsels van hoge-temperatuur-supergeleiding is de mogelijkheid dat de geleiders inhomogeen zijn", zegt onderzoeksleider Milan Allan. "Dat betekent dat de dichtheid van de Cooper-paren die de supergeleiding veroorzaken, varieert in de ruimte. Wij hebben nu laten zien dat supergeleiders erg inhomogeen kunnen zijn, door beelden te maken van de dichtheid."
Sinds de ontdekking van hoge-temperatuur-supergeleiders in 1986, hopen natuurkundigen de overgangstemperatuur te kunnen opvoeren tot kamertemperatuur. Dit is helaas nog niet gelukt, onder andere doordat men nog altijd niet begrijpt hoe hoge-temperatuur-supergeleiding werkt. Bekend is wel dat de Cooperparen kleiner zijn en dunner gezaaid dan in gewone supergeleiders.
"Mensen hebben het al tien, vijftien jaar over inhomogenitet", zegt Allen, "maar het is nooit zichtbaar gemaakt." Om dat te doen gebruikte Allans groep een speciaal soort Scanning Tunneling-microscoop (STM) die een monster in beeld brengt door een dunne naald langzaam boven het oppervlak te laten bewegen. Terwijl de naald het oppervlak scant, worden de plaatselijke eigenschappen in kaart gebracht, met als resultaat een beeld met atoomresolutie.
Het gebruikte type STM is een Josephson-STM, die het Josephson-effect gebruikt: twee supergeleidende stromen kunnen een kleine niet-geleidende tussenruimte overbruggen, in dit geval de ruimte tussen de naald en het monster. Door die Josephson-stroom te meten kun je de dichtheid van de Cooperparen en ook (bij iets andere instellingen) de coherentie van de Cooperparen, een maat voor hun stabiliteit.
Uit dp de opnamen, die elk zo'n drie dagen kostten, bleek dat zowel de coherentie als de dichtheid erg inhomogeen zijn. Om uit te sluiten dat die inhomogeniteit veroorzaakt werden door het kristalrooster zelf, maakten de natuurkundigen daar ook STM-opnamen van. Maar dat leverde een heel ander patroon op. Allan: "Dat toont aan dat de inhomogeniteit niet gewoon een gevolg is van de kristalstructuur, maar van de Cooperparen zelf."
Josephson STM's waren al eerder gebouwd, maar niet met de resolutie en betrouwbaarheid waarmee de beelden gemaakt zijn. "We konden dit doen door de som van veel afzonderlijke technische verbeteringen. En door precies het juiste materiaal te kiezen." Het zorgvuldig geselecteerde ijzertelluurselenide (FeTeSe) is een relatief eenvoudige hoge-temperatuur-supergeleider.
Allan hoopt snel andere materialen te onderzoeken. Allan: "Eindelijk kunnen we een sleuteleigenschap van supergeleiders zien die voorheen onzichtbaar was."
Brron: Universiteit Leiden
Gerelateerd nieuws
Rene Pecnik van de TU Delft krijgt een ERC Consolidator Grant van 2 miljoen euro voor systematisch onderzoek op het snijpunt van thermodynamica, vloeistofmechanica en stralingswetenschappen. Pecnik wil geavanceerde…
Metingen aan een supergeleider laten een scherpe overgang zien tussen een gewoon metaal en een zogeheten 'vreemd' metaal. Maar wat pas echt vreemd is: de overgang verliest die scherpte weer als de temperatuur…
Het succes van IoT, dat bestaat uit veel kleine en autonoom werkende sensoren, hangt in hoge mate af van het energieverbruik. De energie die nodig is om de fysieke signalen om te zetten in digitale data, kan nog flink…
Product van de maand
RSSEenvoudige installatie-oplossing voor complexe machines: veiligheidsveldbus met PROFINET/PROFIsafe-veldbusinterface
Techvertorials
Focus op
Machineveiligheid, systemen en componenten
Perfection in Automation
creating sustainable solutions
Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen
Partner in aandrijf- en opspantechniek
Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet
Agenda
10 december 2019, Vianen
12 december 2019, Eindhoven
The House of Technology organiseert een praktijkgericht en interactief congres over de concrete...
12 december 2019, Vianen