Een fysica-studie meet elektrische ruis in cupraten om het pseudogap-fenomeen in supergeleiders te verhelderen
“Fysici luisterden naar elektrische ruis om een mysterie van supergeleiders te ontrafelen”
Forensische Beoordeling van de Kop: De oorspronkelijke kop gebruikt een journalistieke metafoor ('luisteren naar de elektrische ruis') om een technische meting uit de kwantumfysica toegankelijk te maken, terwijl de gezuiverde versie het empirische proces formeel beschrijft.
Een internationaal team van fysici heeft een studie gepubliceerd in het tijdschrift Science waarin ze de fluctuaties van de elektrische stroom in koperhoudende materialen (cupraten) analyseren. Het onderzoek maakt gebruik vanscanning-tunnelingmicroscopie om de schietruis (shot noise) te meten en de oorsprong van de pseudogap-toestand in hoge-temperatuursupergeleiders te onderzoeken.
Gedurende bijna vier decennia heeft de wetenschappelijke gemeenschap gediscussieerd over de oorzaken waarom elektronen bij bepaalde energieniveaus in cupraten lijken te verdwijnen voordat ze supergeleidend worden, een toestand die bekend staat als de pseudogap. De twee belangrijkste hypothesen varieerden van bevroren patronen van elektronen tot de eerdere vorming van elektronparen (Cooper-paren.
Om dit raadsel op te lossen, meten onderzoekers onder leiding van Milan Allan en Ingmar Swart de 'schietruis' — de minuscule fluctuaties veroorzaakt door de komst van individuele ladingen in de elektrische stroom. Bij het observeren van de BSCCO-kristalmonsters die waren afgekoeld tot nabij het absolute nulpunt, stelden ze vast dat de toename van de ruis geassocieerd met de elektronenparing precies optrad bij de energie van de pseudogap.
Bovendien maakte de toepassing van magnetische velden tot zes tesla het mogelijk om aan te tonen dat de ruis afnam richting de niveaus van individuele elektronen wanneer deze paring werd onderdrukt. De resultaten suggereren dat het knelpunt in deze materialen niet de vorming van elektronparen is, maar het bereiken van de fasecoherentie die nodig is om zich gezamenlijk te verplaatsen.
- De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Science door onderzoekers van de Ludwig Maximilian-universiteit in München en de Universiteit Utrecht.
- Er werden BSCCO-cupratenkristallen geanalyseerd die waren afgekoeld tot een paar graden boven het absolute nulpunt.
- Er werd elektrische schietruis gemeten met behulp van een scanning-tunnelingmicroscoop om de elektronenparing te traceren.
- Experimenten met magnetische velden tot zes tesla bevestigden het directe verband tussen de gemeten ruis en de elektronparing.
Onderbouwt: Fysici luisterden naar elektrische ruis om een mysterie van supergeleiders te ontrafelen