Eksotiske superledende stater kunne eksistere i et bredere udvalg af materialer end tidligere antaget, ifølge en teoretisk undersøgelse af to Riken -forskere, der blev offentliggjort i Fysisk gennemgang b.
Superledere udfører elektricitet uden nogen modstand, når de afkøles under en kritisk temperatur, der er specifik for det superledende materiale. De er bredt klassificeret i to typer: konventionelle superledere, hvis superledende mekanisme er godt forstået, og ukonventionelle superledere, hvis mekanisme endnu ikke er bestemt.
Superledere har fascineret forskere siden deres første eksperimentelle demonstration i begyndelsen af det 20. århundrede. Dette er ikke kun fordi de har adskillige applikationer, herunder et stort løfte om kvanteberegning, men også fordi superledere er vært for en rig række grundlæggende fysik, der har gjort det muligt for fysikere at få en dybere forståelse af materialevidenskab.
Det sidste årti har set fremkomsten af en eksotisk tilføjelse til denne specielle gruppe af materialer: den topologiske superleder. Man troede imidlertid, at meget få materialer sandsynligvis ville udvise dette usædvanlige fænomen.
Men nu har Shingo Kobayashi og Akira Furusaki, begge fra Riken Center for Emergent Matter Science, forudsagt, at topologisk superledende kan eksistere i flere materialer end tidligere antaget.
Superledningsivitet opstår, når elektroner danner par, der er kendt som Cooper -par. Formen på denne parring er afgørende.
Cooper -parrene i de fleste konventionelle superledere er symmetriske omkring et centralt punkt; Dette kaldes s-bølgeparring. I modsætning hertil har Cooper-parrene i ukonventionelle superledere mere komplekse symmetrier, kaldet P-bølge- og D-bølgeparringer.
Der er blevet brugt meget til at studere topologiske superledere blandt P-bølgematerialer på grund af deres rige topologiske strukturer. Imidlertid er disse superledere sjældne i reelle materialer, der har hindret undersøgelsen af topologiske superledere.
Kobayashi og Furusaki undersøgte teoretisk topologisk superledning i materialer med S-bølgeparringer.
“Vores undersøgelse forudsagde teoretisk topologisk S-bølge-superledningsevne i superledermaterialer, der inkluderer jernbaserede superledere,” forklarer Kobayashi. “Vi afslørede en rig topologisk struktur, selv med S-bølgeparringer. Og vi identificerede også en ny topologisk fase.”
Ved at afdække en ny topologisk fase i en godt studeret klasse af superledere åbner undersøgelsen nye muligheder for forskning i topologisk superledningsevne.
“Vores fund har betydelige konsekvenser for at fremme søgningen efter topologiske superledere og uddybe studiet af høje temperatur superledere,” siger Kobayashi.
Parret planlægger at tage deres forskning videre på dette område. “Vi ønsker at generalisere begrebet topologisk S-bølge-superledningsevne til andre superledermaterialer,” siger Kobayashi. “Vi planlægger også at undersøge nye kvantefænomener forbundet med de topologiske faser.”