Een nieuwe studie van de Universiteit van Chicago en Shanxi University heeft een manier ontdekt om supergeleiding te simuleren met behulp van laserlicht. Supergeleiding treedt op wanneer twee lagen grafeen lichtjes worden gedraaid terwijl ze op elkaar worden gelegd. Hun nieuwe techniek zou kunnen worden gebruikt om het gedrag van materialen beter te begrijpen en zou mogelijk de weg kunnen openen voor toekomstige kwantumtechnologieën of elektronica. Relevante onderzoeksresultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Vier jaar geleden deden onderzoekers van het MIT een verrassende ontdekking: als gewone lagen koolstofatomen tijdens het stapelen worden verdraaid, kunnen ze worden omgezet in supergeleiders. Zeldzame materialen zoals ‘supergeleiders’ hebben het unieke vermogen om energie feilloos over te brengen. Supergeleiders vormen ook de basis van de huidige magnetische resonantiebeeldvorming, dus wetenschappers en ingenieurs kunnen er veel toepassingen voor vinden. Ze hebben echter verschillende nadelen, zoals het vereisen van koeling onder het absolute nulpunt om goed te kunnen functioneren. De onderzoekers geloven dat als ze de fysica en de effecten volledig begrijpen, ze nieuwe supergeleiders kunnen ontwikkelen en verschillende technologische mogelijkheden kunnen openen. Het laboratorium van Chin en de onderzoeksgroep van de Shanxi Universiteit hebben eerder manieren bedacht om complexe kwantummaterialen te repliceren met behulp van gekoelde atomen en lasers, zodat ze gemakkelijker te analyseren zijn. In de tussentijd hopen ze hetzelfde te doen met een gedraaid dubbellaagssysteem. Daarom ontwikkelden het onderzoeksteam en wetenschappers van de Shanxi Universiteit een nieuwe methode om deze verwrongen roosters te ‘simuleren’. Nadat ze de atomen hadden afgekoeld, gebruikten ze een laser om de rubidiumatomen in twee roosters te rangschikken, op elkaar gestapeld. De wetenschappers gebruikten vervolgens microgolven om de interactie tussen de twee roosters te vergemakkelijken. Het blijkt dat de twee goed samenwerken. Deeltjes kunnen door het materiaal bewegen zonder te worden afgeremd door wrijving, dankzij een fenomeen dat bekend staat als 'superfluïditeit' en dat vergelijkbaar is met supergeleiding. Dankzij het vermogen van het systeem om de draaioriëntatie van twee roosters te veranderen, konden de onderzoekers een nieuw soort superfluïde in atomen detecteren. De onderzoekers ontdekten dat ze de sterkte van de interactie tussen de twee roosters konden afstemmen door de intensiteit van de microgolven te variëren, en dat ze de twee roosters zonder veel moeite met een laser konden roteren - waardoor het een opmerkelijk flexibel systeem werd. Als een onderzoeker bijvoorbeeld verder dan twee, drie of zelfs vier lagen wil verkennen, maakt de hierboven beschreven opzet dat gemakkelijk. Elke keer dat iemand een nieuwe supergeleider ontdekt, kijkt de natuurkundewereld vol bewondering op. Maar deze keer is het resultaat bijzonder spannend omdat het gebaseerd is op zo'n eenvoudig en gangbaar materiaal als grafeen.