Fudanin yliopisto valmisti yksittäisen CuO₂-kerroksen suprajohteen

Fudanin yliopiston fysiikan laitoksen tutkijat ovat onnistuneet valmistamaan korkean lämpötilan suprajohteen, jossa on vain yksi kuparioksidi (CuO₂) -kerros. Julkaisu tiedelehti Nature -lehdessä vahvistaa, että tämä on ensimmäinen kerta, kun tällainen yksikerroksinen suprajohtava materiaali on luotu. Tutkimus osoittaa, että korkean lämpötilan suprajohtavuus on pohjimmiltaan kaksiulotteinen ilmiö.

Tutkimusryhmä, jota johti professori Zhang Yuanbo, onnistui ohentamaan kuparipohjaisen korkean lämpötilan suprajohteen vain yhteen suprajohtavaan tasoon. Tämä "äärimmäinen toimenpide" ei ainoastaan vahvistanut suprajohtavuuden kaksiulotteista luonnetta, vaan myös paljasti uusia ilmiöitä suprajohtavuuden ja eristävyyden rajamailla. Tutkijat havaitsivat "oudon poikkeavan metallitilan" ja kvanttikriittisiä ilmiöitä, jotka tarjoavat uuden kvanttikokeellisen alustan korkean lämpötilan suprajohtavuuden mekanismien tutkimiseen.

Suprajohteet ovat materiaaleja, jotka johtavat sähköä ilman vastusta tietyissä lämpötiloissa. Niillä on potentiaalisia sovelluksia sähkönsiirrossa, energian varastoinnissa, lääketieteellisessä kuvantamisessa, maglev-junissa ja kvanttilaskennassa. Näiden materiaalien ymmärtäminen on ollut tieteen keskeinen haaste lähes neljä vuosikymmentä.

Tutkimuksen tekeminen vaati huomattavia teknisiä haasteita, kuten materiaalin herkkyyden ilman ja prosessointiolosuhteiden vaikutuksille sekä hapen määrän tarkan hallinnan. Fudanin yliopiston ryhmä kehitti itse laitteistonsa ja tarkan "in situ" -säätötekniikan, jonka avulla he pystyivät säätämään materiaalin happipitoisuutta ja saavuttamaan erittäin korkean seostusresoluution. Tämä mahdollisti koko fysikaalisen faasikaavion havainnoinnin, aina Mott-eristemoodista suprajohtavaan alueeseen.

Tutkijat kuvaavat tätä saavutusta "kontrolloituna muuttujana", joka mahdollistaa suprajohtavuuden täydellisen muutospolun tutkimisen. Ryhmä aikoo jatkaa korkean lämpötilan suprajohtavuuden tutkimista, keskittyen uusien suprajohtavien materiaalien löytämiseen ja materiaalinkäsittelytekniikoiden kehittämiseen.