Hoge-temperatuur-supergeleiders gesimuleerd

23 december 2017, 00:00
Een streepconfiguratie met periode 8, in de simulaties verkregen. De groene stippen geven de plaatselijke dichtheid van elektronen en gaten aan; er is een duidelijk verticaal streeppatroon zichtbaar (afbeelding: B-X. Zheng et al.).
Een streepconfiguratie met periode 8, in de simulaties verkregen. De groene stippen geven de plaatselijke dichtheid van elektronen en gaten aan; er is een duidelijk verticaal streeppatroon zichtbaar (afbeelding: B-X. Zheng et al.).

Supergeleiding (het moeite- en weerstandsloze transport van elektrische lading) heeft eindeloos veel potentiële toepassingen. Probleem is alleen dat de meeste supergeleidende materialen dit gedrag slechts bij zeer lage temperaturen, in de buurt van het absolute nulpunt, vertonen.
Meer dan 30 jaar geleden is hoge-temperatuur-supergeleiding ontdekt in zogenaamde cuprates — maar bij ‘hoge temperatuur’ moeten we ons niet teveel illusies maken; we praten dan over temperaturen in de orde van grootte van –140 °C, zo’ 130 graden warmer dan het absolute nulpunt.

Hoe werkt het?

Het begrijpen van supergeleiding bij deze hoge(re) temperaturen is een van de grote onopgeloste vragen in de natuurkunde; een beter begrip is cruciaal voor de ontwikkeling van materialen die bij nog hogere temperaturen supergeleiding vertonen (kamertemperatuur is in dit verband de heilige graal).
Bij eerste pogingen om tot een beter begrip te komen, werd een relatief eenvoudig model van wisselwerkende elektronen in een tweedimensionaal rooster gebruikt: het zogenaamde Hubbardmodel. Het bleek echter een grote uitdaging om dit model nauwkeurig met een computer te simuleren.

Computationele vooruitgang

Dankzij grote vooruitgang in computationele methodes voor quantumsystemen met veel componenten is de oplossing van het Hubbardmodel echter binnen handbereik gekomen. Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van professor Garnet Chan van Caltech, waarvan ook Philippe Corboz van de Universiteit van Amsterdam deel uitmaakt, heeft met behulp van nieuwe numerieke methodes een definitief antwoord gevonden op de vraag hoe elektronen in een hoge-temperatuur-supergeleider zijn geordend. De elektronen blijken in ‘streeppatronen’ voor te komen. De nieuwe simulaties reproduceren enkele belangrijke eigenschappen van de strepen die in cuprates worden waargenomen — echter alleen in kwalitatief opzicht. Voor kwantitatieve simulaties zijn echter modellen vereist die realistischer zijn dan het (eenvoudige) Hubbardmodel. Het onderzoek is gepubliceerd in Science.

Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items