Fudan-Universität stellt einkristallinen CuO₂-Schicht-Supraleiter her
Forscher der Fudan-Universität haben erfolgreich einen kupferbasierten Hochtemperatur-Supraleiter mit nur einer CuO₂-Schicht hergestellt. Diese Leistung bestätigt die zweidimensionale Natur der Hochtemperatur-Supraleitung.
Wissenschaftler der Fakultät für Physik an der Fudan-Universität haben erfolgreich einen kupferbasierten Hochtemperatur-Supraleiter hergestellt, der nur aus einer einzigen Kupferoxidschicht (CuO₂) besteht. Diese Errungenschaft, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Nature, ist die erste Herstellung eines solchen einschichtigen supraleitenden Materials. Die Forschung bestätigt die Theorie, dass Hochtemperatur-Supraleitung im Grunde ein zweidimensionales Phänomen ist.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Zhang Yuanbo gelang es, den kupferbasierten Hochtemperatur-Supraleiter auf eine einzige supraleitende Ebene zu reduzieren. Dieser bedeutende Schritt bestätigt nicht nur die zweidimensionale Natur der Hochtemperatur-Supraleitung, sondern deckt auch eigenartige „seltsame Metallzustände“ und quantenkritische Phänomene am Rande des supraleitend-isolierenden Übergangs auf. Dies schafft eine neuartige quantenexperimentelle Plattform für die Erforschung der Mechanismen hinter der Hochtemperatur-Supraleitung.
Supraleiter, Materialien mit null elektrischem Widerstand unterhalb einer kritischen Temperatur, bergen Potenzial für Anwendungen in der Stromübertragung, Energiespeicherung, medizinischen Bildgebung, Magnetschwebebahnen und Quantencomputern. Das Verständnis ihrer grundlegenden Mechanismen ist seit fast vier Jahrzehnten eine wissenschaftliche Herausforderung.
Die Herstellung und Messung solch atomar dünner zweidimensionaler Ebenen brachte erhebliche experimentelle Hürden mit sich, darunter die Empfindlichkeit des Materials gegenüber atmosphärischen Bedingungen und Verarbeitung, sowie die Notwendigkeit einer präzisen Kontrolle des Sauerstoffgehalts. Angesichts fehlender Spezialausrüstung entwickelte das Fudan-Team eigene Instrumente und eine "In-situ"-Kontrolltechnik. Dies ermöglichte eine präzise Einstellung der Sauerstoffdotierung des Materials und erreichte eine hohe Dotierungsauflösung, wodurch die Beobachtung des vollständigen physikalischen Phasendiagramms, von der Mott-Isolatorphase bis zum gesamten supraleitenden Bereich, möglich wurde.
Das Team beschreibt diesen Durchbruch als Bereitstellung einer „kontrollierbaren Variablen“, die es Forschern ermöglicht, den vollständigen Transformationspfad der Supraleitung systematisch zu verfolgen. Zukünftige Forschungen werden sich auf die Entdeckung neuer Hochleistungs-Supraleiter und die Weiterentwicklung von Materialherstellungs- und Messtechniken im Bereich neuartiger zweidimensionaler Quantenmaterialien konzentrieren.