Universiteit Leiden

nl en

Isolerend verschijnsel in supergeleider

Leids natuurkundige Milan Allan en zijn groep hebben een schijnbare paradox ontdekt in een materiaal met nul elektrische weerstand. Ze maten opgesloten ladingen, terwijl ladingen in theorie altijd blijven stromen in afwezigheid van weestand. De ontdekking kan een ontbrekend puzzelstukje zijn in een van de grote mysteries in de hedendaagse natuurkunde—hoge-temperatuur supergeleiding. Publicatie in Nature Physics.

Een materiaal kan ofwel isolerend, ofwel geleidend zijn. Binnen een isolator raken extra toegevoegde elektronen gevangen. In jargon heet dit charge trapping. Hierdoor geleiden isolatoren geen elektriciteit. In een geleider gaan extra elektronen onmiddellijk stromen. Hoe hoger de geleiding binnen een materiaal, des te sneller stromen de elektronen.

Ingevangen ladingen

De onderzoeksgroep van Leids natuurkundige Milan Allan vond tot hun verbazing ingevangen ladingen in een materiaal met nul weerstand. Normaal gesproken is charge trapping juist een onmiskenbare hint dat we met een isolator te maken hebben. Samen met Leids theoretisch fysicus Jan Zaanen ontdekte Allans groep dat het verschijnsel een hardnekkig mysterie zou kunnen ontrafelen over ladingstransport binnen een familie van materialen, zogeheten cupraten. Deze slecht begrepen materialen hebben zelfs bij relatief hoge temperaturen nul weerstand. We noemen ze daarom hoge-temperatuur supergeleiders. Het mechanisme daarachter is een van de grote raadsels in de hedendaagse natuurkunde.

Ruis

De ontdekking is gedaan met een nieuwe microscoop, waar postdoc Doohee Cho en promovendi Koen Bastiaans en Tjerk Benschop twee jaar aan hebben gebouwd. Behalve het gemiddelde van een signaal meet die ook de fluctuaties van het signaal, ofwel de ruis. De fluctuaties wezen op ingevangen elektronen binnen de isolerende lagen van een laagjesmateriaal waarop de onderzoekers hun metingen uitvoerden, geproduceerd door wetenschappers van de Universiteit van Amsterdam. De microscoop meet ruis op de atomaire schaal, wat cruciaal was voor de ontdekking. Bastiaans: ‘De ruiscentra verschijnen alleen op heel weinig, gelokaliseerde plekken, alsof sommige atomen meer ruis geven dan andere. Onze microscoop helpt ons niet alleen om deze materialen te begrijpen, maar ook de luidruchtige onzuiverheden zelf.’

Publicatie

K. M. Bastiaans, D. Cho, T. Benschop, I. Battisti, Y. Huang, M.S. Golden, Q. Dong, Y. Jin, J. Zaanen, M. P. Allan, ‘Charge trapping and super-Poissonian noise centres in a cuprate superconductor’, Nature Physics

Deze website maakt gebruik van cookies. Meer informatie