LATEST NEWS

- News from the industry

Ögonblick av tystnad visar vägen mot bättre supraledare

Ett steg närmare en förklaring
Supraledare är en hörnsten i bland annat kvantdatorer och partikeldetektorer. Ett vanligt problem är dock att effektiviteten försämras av olika störningar. Nu har forskare vid bland annat LTH genom högprecisionsmätningar kommit ett steg närmare en förklaring till vad det är som händer. Resultaten publiceras nu i Nature Physics.

Supraledning är beroende av närvaron av elektroner bundna i så kallade Cooper-par. Två elektroner kopplas ihop genom växelverkan som förmedlas av vibrationer av atomer i en metall och synkroniseras med varandra trots att de är hundratals nanometer från varandra.

Så länge det sker under en viss temperatur, så kallt som nära den absoluta nollpunkten, fungerar dessa Cooper-par som en vätska som inte förlorar energi, vilket innebär att de inte ger upphov till något motstånd för elektrisk ström.

– Men trots att det är så nära nollpunkten så är inte supraledarna helt stilla och isolerade. Det är någonting som orsakar störningar, säger Ville Maisi, forskare vid NanoLund.

Begränsar prestationsförmågan
För ibland bryts ett Cooper-par till två kvasipartiklar – oparade elektroner – som hämmar prestandan hos supraledare. Forskare vet fortfarande inte varför de går sönder, men närvaron av kvasipartiklar leder till brus i olika typer av komponenter baserade på supraledare, till exempel kvantbitar, grundläggande byggstenar i supraledande kvantdatorer. Detta förhindrar en kvantdator från att fungera felfritt.

– Även om det bara finns en kvasipartikel per miljard Cooper-par, begränsar det prestationsförmågan hos kvantbitar och förhindrar en kvantdator från att fungera felfritt, säger Elsa Mannila, som forskat om kvasipartiklar vid Aalto-universitetet innan hon flyttade till Teknologiska forskningscentralen i Finland (VTT).

Det finns teorier om att det exempelvis skulle kunna vara partiklar från kosmisk atmosfärisk radioaktiv strålning som orsakar störningarna. Men eftersom man inte vet säkert skulle det vara värdefullt att veta varför Cooper-par går sönder, vilket i förlängningen skulle kunna innebära att man lär sig att bygga bättre supraledare som inte störs så ofta.

Mäter enskilda elektroner
Forskare från Lunds universitet, Aalto och VTT (Teknologiska forskningscentralen i Finland) satte därför upp ett experiment för att i realtid undersöka när Cooper-par delar sig.

– Det är svårt att mäta vad som händer inne i en supraledare, men med en ny teknik kan man förenklat säga att man öppnade en ”kran” och lät partiklarna hoppa ut till en ledare av koppar, där forskarna kunde observera partiklarna med en laddningsdetektor. Här kan man mäta när enskilda elektroner dyker upp, säger Peter Samuelsson, forskare i matematisk fysik.

Forskarna fann att Cooper-par ofta går sönder i utbrott – flera stycken samtidigt – vilket leder till mycket korta skurar av kvasipartiklar följda av långa perioder av tystnad, då supraledaren är helt fri från kvasipartiklar.

Färre utbrott med tiden
Bilden som framträder är att det är mest tystnad, men ibland går ett eller flera Cooper-par sönder och det leder till en explosion av händelser. De tysta perioderna varade mycket längre än skurarna av kvasipartiklar. I tidigare experiment har man brukat mäta det genomsnittliga antalet kvasipartiklar över tid, men man visste inte hur det såg ut i varje ögonblick.

– En annan upptäckt var att antalet Cooper-par som sprack var mycket fler i början av experimentet, som pågick i 100 dagar. Med tiden blev utbrotten allt färre, säger Ville Maisi, forskare vid NanoLund.

Varför det är så vet man inte ännu, men detta kan leda till kunskap om var energin för att bryta Cooper-paren kommer från. Till exempel kan det tyckas märkligt om störningarna skulle vara kosmiska, då de störningarna inte borde avta med tiden.

– Att det händer så mycket i början kan bero på föroreningar i materialen. Föroreningar kyls ner mycket långsamt, vilket leder till små förändringar i systemet över tid, säger professor Jukka Pekola vid Aalto-universitetet.

Utnyttja perioderna av tystnad
I dag finns det störningar i kvantdatorers beräkningar som gör att man måste göra många försök på grund av störningarna, och dessa försök måste sedan statistiskt jämföras för att hitta det mest sannolika resultatet.

– Om man skulle kunna utnyttja perioderna av tystnad och undvika störningarna skulle man kunna plocka russinen ur kakan och köra en nästan perfekt kvantdator, säger Peter Samuelsson.

Läs en längre artikel på Aalto universitets sida

Artikeln I Nature Physics: A superconductor free of quasiparticles for seconds

Forskningen

Forskningen utfördes som ett samarbete mellan Aalto-universitetet i Finland, Lunds universitet samt VTT (Teknologiska forskningscentralen i Finland).

Mer information
Peter Samuelsson,
Professor i teoretisk fysik
Email: peter.samuelsson@teorfys.lu.se
Tel. mobil: 0734-337580

LATEST NEWS

- News from the industry
5/10/2022
Imorgon är det äntligen dags!Framtidens byggmaterial kommer från SkåneDe tillhör branschens främsta talangerVälkommen till Nordic Pellets Conference 11-12 maj i StockholmDagvatten och digitalisering i rampljuset Thea kan bli bäst i Sverige!
5/9/2022
Volvo CE installerar laddplatser i EskilstunaGracos nya batteridrivna färgspruta GXFF CordlessSömnbrist: En fråga om arbetsrelaterad säkerhet5G tar upp kampen med fiberCaterpillar lanserar nästa generations kompakta hjullastareRiktigt intressanta siffror presenteras på Elmia 10 majNorrlands coolaste butik öppnar inom kortCecilia Hertz och Christer Fuglesang grundar nytt rymdbolagScanvo gör stororder av DAF lastbilarUltramodern atomiserings­enhet invigdPrisvärd nyhet för rengöring av bilsäten och mattor!Michelin presenterar ett än mer hållbart MC-däck
5/6/2022
Möt EdmoLift på Elmia i Jönköping 10-13 majHans Fransson om Dig AssistMobil Slangservice i SälenNivågivare med Bluetooth Schneider Electric lanserar Wiser uppkopplad brandvarnareMajoriteten delar med sig av lösenord till streamingtjänsterJSB etablerar sig i UppsalaCisco tar nytt steg mot prediktiva nätverk
5/5/2022
Specialtillverkade fjäders­printar i elektriska snöfordonFiltrera skärvätskor och spånor!Rekordstora orders genererar nya arbetstillfällenSwecon blir partner till Construction Equipment Dealer Team Framtidsstipendium ska lyfta yrkesbranschens unga talangerIndustrin ökar sina invest­eringar i energieffektivitetSchaublin väljer SMTC för Sverige, Norge och Finland.NCC gör markanläggnings­arbeten för Bergsbyns företagspark Nytt samarbete mellan Svensk Plaståtervinning och BorealisSchunk öppnar högteknologiskt robotlabb Paper Province tar täten i den gröna omställningenDen första träbaserade lagerlådan i bioplastBosch gör ett framgångsrikt 2021Ny skonsam justerskruv minskar materialspilletComactiva stärker sitt erbjudande
5/4/2022
Swecon förvärvar hyres­bolaget Kewab RentalEldrivet kraftpaket med ISO-fästenDen smarta fabrikens säkerhetsbrytareDS Smith väljer ABB för uppgradering av automationssystem NCC väljer produkter från Xella Rätt maskin till rätt produktNew wireless laser tracker automation system from HexagonNytändning för mobilt boendeBesök Laser Machining inc. på mässanRysslands invasion har stor inverkan på kemiindustrin Tullhanteringen förändras under 2022 Zeppelin lanserar hjulgräv­maskiner under eget namnAgenda Grafen lanserasBona inleder samarbete med Bower
5/3/2022
Välja en värmebeständig plastVoltcraft presenterar nytt laboratorie­nätaggregatVi kan levereraSchneider Electric lanserar nytt ramverk för hållbara datacenterWallbox inviger banbrytande fabrik i Barcelona Skogforsk styr skotare via 5Gengcon lanserar tredje generationens tiltrotator