Supergeleidende nanostructuren naar 3D brengen

De beweging van twee naar drie dimensies kan een aanzienlijke impact hebben op hoe een systeem zich gedraagt, of het nu een vel papier in een papieren vliegtuig vouwt of een draad in een spiraalvormige veer draait. Op het nanoschaal, 1000 keer kleiner dan een menselijk haar, benadert men de fundamentele lengteschalen van bijvoorbeeld kwantummaterialen.

Op deze lengteschalen kan het patroon van nanogeometrieën leiden tot veranderingen in de materiaaleigenschappen zelf – en wanneer men naar drie dimensies gaat, komen er nieuwe manieren om functionaliteiten aan te passen, door symmetrieën te breken, kromming te introduceren en onderling verbonden kanalen te creëren.

Ondanks deze opwindende vooruitzichten blijft een van de belangrijkste uitdagingen bestaan: hoe zulke complexe 3D -geometrieën op nanoschaal te realiseren in kwantummaterialen? In een nieuwe studie heeft een internationaal team onder leiding van onderzoekers van het Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids driedimensionale supergeleidende nanostructuren gecreëerd met behulp van een techniek vergelijkbaar met een nano-3D-printer.

Ze bereikten de lokale controle over de supergeleidende toestand in een 3D-brugachtige supergeleider en konden zelfs de beweging van supergeleidende wervelingen demonstreren-op de supergeleidende toestand op nanoschaal in de supergeleidende toestand-in drie dimensies. Het werk is geweest gepubliceerd in het dagboek Geavanceerde functionele materialen.

Supergeleiders zijn materialen die bekend staan ​​om hun vermogen om nul elektrische weerstand te vertonen en magnetische velden te verdrijven. Dit opvallende gedrag komt voort uit de vorming van zogenaamde Cooper-paren-gebonden paren van elektronen die coherent door het materiaal bewegen zonder te verspreiden.

“Een van de belangrijkste uitdagingen omvat het verkrijgen van controle over deze supergeleidende toestand op het nanoschaal, wat de sleutel is voor het verkennen van nieuwe effecten, en de toekomstige ontwikkeling van technologische apparaten”, legt Elina Zhakina, postdoctoraal onderzoeker bij de MPI-CPFS en eerste auteur van de studie.

Wanneer patronende supergeleiders in 3D -nanogeometrieën, konden het internationale team, waarbij onderzoekers uit Duitsland (MPI CPFS, IFW) en Oostenrijk (Tu Wien, Universiteit van Wenen) betrokken zijn, lokaal de supergeleidende staat controleren – “,” de supergeleidendheid in verschillende delen van de nanostructuur.

Dit naast elkaar bestaan ​​van supergeleidende en “normale” toestanden kan leiden tot kwantummechanische effecten, zoals zogenaamde zwakke schakels, bijvoorbeeld gebruikt voor ultra-gevoelige detectie. Tot nu toe vereiste een dergelijke controle echter meestal het ontwerp van structuren, bijvoorbeeld in vlakke dunne films, waar het naast elkaar bestaan ​​van staten vooraf is bepaald.

“We hebben geconstateerd dat het mogelijk is om de supergeleidende toestand in verschillende delen van de driedimensionale nanostructuur in te schakelen en uit te schakelen, simpelweg door de structuur in een magnetisch veld te roteren,” zei Claire Donnelly, Lise Meitner-groepsleider bij de MPI-CPFS en de laatste auteur van het werk. “Op deze manier konden we een ‘herconfigureerbaar’ supergeleidend apparaat realiseren.”

Deze realisatie van herconfigureerbare functionaliteit biedt een nieuw platform voor het bouwen van adaptieve of multifunctionele supergeleidende componenten. Dit, samen met het vermogen om defecten van de supergeleidende toestand te verspreiden, opent de deur naar complexe supergeleidende logica en neuromorfe architecturen, waardoor het toneel is voor een nieuwe generatie herconfigureerbare supergeleidende technologieën.