Eine neue Studie der University of Chicago und der Shanxi University hat eine Möglichkeit entdeckt, Supraleitung mithilfe von Laserlicht zu simulieren. Supraleitung entsteht, wenn zwei Graphenschichten beim Übereinanderschichten leicht verdreht werden. Ihre neue Technik könnte dazu genutzt werden, das Verhalten von Materialien besser zu verstehen und möglicherweise den Weg für zukünftige Quantentechnologien oder Elektronik zu ebnen. Relevante Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Vor vier Jahren machten Forscher am MIT eine verblüffende Entdeckung: Wenn regelmäßige Schichten aus Kohlenstoffatomen beim Stapeln verdreht werden, können sie in Supraleiter umgewandelt werden. Seltene Materialien wie „Supraleiter“ verfügen über die einzigartige Fähigkeit, Energie einwandfrei zu übertragen. Supraleiter sind auch die Grundlage der aktuellen Magnetresonanztomographie, sodass Wissenschaftler und Ingenieure vielfältige Einsatzmöglichkeiten für sie finden. Sie haben jedoch mehrere Nachteile, zum Beispiel ist für den ordnungsgemäßen Betrieb eine Kühlung unter den absoluten Nullpunkt erforderlich. Die Forscher glauben, dass sie, wenn sie die Physik und Effekte vollständig verstehen, neue Supraleiter entwickeln und verschiedene technologische Möglichkeiten eröffnen können. Chins Labor und die Forschungsgruppe der Shanxi-Universität haben zuvor Möglichkeiten erfunden, komplexe Quantenmaterialien mithilfe gekühlter Atome und Laser zu replizieren, um sie einfacher zu analysieren. In der Zwischenzeit hoffen sie, dasselbe mit einem verdrillten Doppelschichtsystem zu erreichen. Deshalb entwickelten das Forschungsteam und Wissenschaftler der Shanxi-Universität eine neue Methode, um diese verdrehten Gitter zu „simulieren“. Nach dem Abkühlen der Atome ordneten sie die Rubidiumatome mithilfe eines Lasers in zwei übereinander gestapelten Gittern an. Anschließend nutzten die Wissenschaftler Mikrowellen, um die Wechselwirkung zwischen den beiden Gittern zu erleichtern. Es stellt sich heraus, dass die beiden gut zusammenarbeiten. Dank eines Phänomens, das als „Superfluidität“ bekannt ist und der Supraleitung ähnelt, können sich Partikel durch das Material bewegen, ohne durch Reibung verlangsamt zu werden. Die Fähigkeit des Systems, die Verdrehungsorientierung zweier Gitter zu ändern, ermöglichte es den Forschern, eine neue Art von Superflüssigkeit in Atomen zu entdecken. Die Forscher fanden heraus, dass sie die Stärke der Wechselwirkung der beiden Gitter durch Variation der Intensität der Mikrowellen einstellen und die beiden Gitter ohne großen Aufwand mit einem Laser drehen konnten – was es zu einem bemerkenswert flexiblen System machte. Wenn ein Forscher beispielsweise mehr als zwei bis drei oder sogar vier Schichten erforschen möchte, ist dies mit dem oben beschriebenen Aufbau einfach möglich. Jedes Mal, wenn jemand einen neuen Supraleiter entdeckt, blickt die Welt der Physik voller Bewunderung auf. Doch dieses Mal ist das Ergebnis besonders spannend, weil es auf einem so einfachen und alltäglichen Material wie Graphen basiert.