Nytt supraledande tvådimensionellt material upptäckt

Supraledande material kan leda ström helt utan energiförluster. Högtemperatursupraledning i kopparoxider upptäcktes för 30 år sedan men orsaken till deras höga övergångstemperatur är fortfarande en gåta. För att komma närmare gåtans lösning presenterar Uppsalaforskare nu ett nyupptäckt material som är supraledande trots att det bara är tre atomer tjockt. Forskningen publiceras i Physical Review Letters.

Supraledning innebär att elektroner som normalt sett stöter bort varandra formar så kallade Cooper-par som rör sig utan resistans genom materialet. Teorin av Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) ger en grundläggande förklaring av supraledning men kan inte förutsäga om ett material blir supraledande eller vid vilken övergångstemperatur detta i så fall sker. Eliashberg formulerade senare en precis matematisk teori som i princip kunde förutsäga supraledning i äkta material, men teorin kräver komplexa mångkroppars-beräkningar. Under de senaste åren har en supraledningkod (UppSC) utvecklats vid Uppsala universitet. Koden är ett spetsforskningsverktyg för att beräkna ackurat fristående konventionell och okonventionell supraledning baserat på materialspecifik input som beräknas med förstaprincip-metoder.

I ett internationellt samarbete har nu fysikerna Jonas Bekaert, Mikhail Petrov och Milorad Milosevic från Antwerpen universitet och Alex Aperis och Peter Oppeneer från Uppsala universitet visat att det finns nya okända högtemperatursupraledare. Ett sådant material som forskarna upptäckte är hydrogenerad magnesium-diborid,

MgB₂H. Det överraskande är att materialet är bara ett monoskikt, det vill säga tre atomer, tjockt. Enligt vad man kände till sedan tidigare skulle ett tvådimensionellt material bara kunna ha väldigt låg övergångstemperatur T_c.

Beräkningar med supraledning-koden som utvecklats i Uppsala visade att det handlar om konventionell supraledning med mycket hög övergångstemperatur T_c  på 67 K i jämvikt och 100 K som uppnås när materialet sätts under spänning. Beräkningar klargjorde också att väteatomernas vibrationer, som kopplade starkt till elektronernas rörelse, bidrog avsevärt till den högaT_c .

Forskningen visar på möjlighet att nya spännande supraledare kan designas i framtiden.

- Vår upptäckt ger förhoppningar om nya supraledande material som i sin tur öppnar möjligheter för teknologiskt relevanta tillämpningar av högtemperatursupraledning, säger Alex Aperis.

Länk till Uppsala Superconductivity (UppSC) code.

Kontakt: dr. Alex Aperis, tel. 0769 212 312, alex.aperis@physics.uu.se

J. Bekaert, M. Petrov, A. Aperis, P. M. Oppeneer, and M. V. Milosevic (2019) Hydrogen-induced high-temperature superconductivity in two-dimensional materials: Example of hydrogenated monolayer MgB₂, Phys. Rev. Lett. 123, 077001 (2019)

Länk till publikationen: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.077001