Forscher des MIT haben dieses Material aus Atomlagen entwickelt, die nur wenige Milliardstel Meter messen. Dank ihrer gewellten Struktur können sie Quantenphänomene auf zugänglichere Weise beobachten.
Transmissionselektronenmikroskopie eines Materials mit gewellten Atomlagen.
Bildnachweis: Checkelsky Lab, MIT
Einer der großen Fortschritte dieser Forschung ist die gezielte Herstellung des Materials. Durch das Verständnis, wie Atome interagieren, sind die Forscher in der Lage, Materialien mit neuen Eigenschaften zu schaffen. Das Ergebnis ist ein Kristall, der aus Tausenden von perfekt gewellten Atomlagen besteht.
Die sogenannten zweidimensionalen Materialien, die aus nur einer oder wenigen Atomlagen bestehen, ziehen immer mehr Physiker an. Durch die Veränderung der Struktur dieser Lagen wird es möglich, Phänomene wie die Supraleitfähigkeit hervorzurufen. Die geringe Größe dieser Materialien macht es jedoch schwierig, sie zu untersuchen.
Das MIT-Team hat eine Lösung gefunden, indem es Kristalle mit einfachen chemischen Reaktionen herstellt. Sie erhitzen Pulver in einem Ofen, um geschichtete Lagen aus Tantal-, Schwefel- und Strontiumatomen zu erzeugen. Die zwischen den Lagen entstehenden Wellen sind auf Größenunterschiede zwischen den Atomen zurückzuführen. Diese gewellten Lagen verändern die Eigenschaften des Materials.
Diese Wellen beeinflussen, wie sich Elektronen im Material bewegen. In den Vertiefungen können sich die Elektronen leichter bewegen, was die Supraleitfähigkeit in bestimmten Bereichen verstärkt. Auch die metallischen Eigenschaften verändern sich: Elektronen bewegen sich lieber in eine Richtung als in eine andere.
Animation, die die atomare Struktur eines neuen Materials aus gewellten Atomlagen zeigt.
Bildnachweis: Paul Neves, MIT
Dieses Material eröffnet neue Wege für zahlreiche Anwendungen im Bereich der fortschrittlichen Technologien. Die Forscher haben so eine Familie von Materialien mit bislang unerforschten Eigenschaften entdeckt.
Was ist Supraleitfähigkeit?
Die Supraleitfähigkeit ist ein physikalisches Phänomen, bei dem bestimmte Materialien Strom ohne jeglichen Widerstand leiten können, wenn sie unter eine kritische, meist sehr niedrige, Temperatur abgekühlt werden. Das bedeutet, dass elektrischer Strom ohne Energieverluste fließt, im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien wie Kupfer.
Dieses Phänomen hat viele Anwendungen. Zum Beispiel werden Supraleiter in den starken Magneten von MRT-Scannern oder in Magnetschwebebahnen verwendet. Die Forschung zielt darauf ab, Supraleiter zu entdecken, die bei weniger kalten Temperaturen funktionieren, um noch breitere Anwendungen zu ermöglichen.