Jo 1980-luvulla löydetyt korkean lämpötilan suprajohtimet eli kupraatit kumosivat teorian, että suprajohtavat materiaalit kuljettavat sähkövirtaa vain lähes absoluuttisissa lämpötiloissa. Vuosikymmenten ajan tutkijoita on kuitenkin hämmentänyt joidenkin kupraattien kyky suprajohtaa sähköä yli 100 Kelvinin lämpötiloissa. Nyt Yhdysvaltain energiaministeriön Lawrence Berkeleyn kansallisen laboratorion tutkijat (Berkeley Lab) ovat tuoneet esiin yhden kupraattien epätavallisista ominaisuuksista: ja vastaus tuli odottamattomasta lähteestä eli elektronin spineistä.
Berkeley Labin Alessandra Lanzaran johtama ryhmä ja Berkeleyn yliopiston fysiikan professori Charles Kittel käyttivät erikoisilmaisinta kupraattisuprajohteen Bi-2212 (vismutti-strontium-kalsium kuparioksidi) tutkimiseen. SARPES -ilmaisin paljasti jotain, joka pisti suprajohteiden vanhat kuviot uusiksi: tietynlainen elektronien spinien kuvio materiaalissa.
- Huomasimme, että jokainen elektroni osoitti tarkkaan määriteltyyn suuntaan. Tämä tunnetaan spin-momentin lukituksena. Sen löytyminen korkean lämpötilan suprajohteista oli suuri yllätys, Lanzara toteaa.
Erittäin eksoottisissa materiaaleissa on olemassa kahdenlaisia elektronien vuorovaikutuksia, jotka tuottavat uusia ominaisuuksia näille materiaaleille kuten suprajohteille. Kupraattisia suprajohteita tutkineet tutkijat ovat keskittyneet vain yhteen näistä vuorovaikutuksista: elektronikorrelaatioon.
Toinen eksoottisissa materiaaleissa esiintyvä elektronin vuorovaikutus on "spin-kiertorata -kytkentä". Tämä on tapa, jolla elektronin magneettinen momentti vuorovaikuttaa materiaalin atomien kanssa.
Spin-kiertorata -kytkentä on jätetty usein huomiotta kupraattien tutkimuksissa, koska monet olettivat, että tällainen vuorovaikutus olisi heikko verrattuna elektronikorrelaatioon, toteavat tutkijat.
Niinpä uusi epätavallinen löytö vaati vielä lisätutkimuksia Berkeley Labin synkrotronin (Advanced Light Source, ALS) avulla. Lopulta työ paljasti, että Bi-2212:lla todella oli oma, erillinen spin-kuvio. Nimeksi sille annettiin "nonzero spin”. Tutkimus auttaa ymmärtämään, mikä saa eräät eksoottisista kupraattisuprajohteista, kuten Bi-2212:n toimimaan jopa 133 Kelvinin lämpötilassa (noin -140 astetta Celsiusta).
Veijo Hänninen
Nanobittejä 14.1.2019
NordPass on julkaissut kuudetta kertaa vuotuisen 200 yleisintä salasanaa -tutkimuksensa, joka paljastaa kansainvälisesti suositut salasanat sekä 44 eri maan salasanat. Maailmalla yleisin salasana on nerokas ”123456” ja Suomen yleisimpänä jatkaa kestosuosikki ”qwerty123”.
Tulevaisuuden autot nojaavat yhä tiukemmin nopeaan datansiirtoon. Tämän dataväylän pitää perustua standardiin. Sellainen on PCIe-väylä, kertoo Microchip.