MIT-Forscher weisen unkonventionelle Supraleitung in dreilagigem Graphen durch V-Signatur nach

Physiker am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben in einer Untersuchung eindeutige Anzeichen für eine unkonventionelle Supraleitfähigkeit in magisch gewinkeltem dreilagigem Graphen, kurz MATTG, nachgewiesen. Die in der Fachzeitschrift Science publizierte Entdeckung liefert den direktesten Beleg dafür, dass MATTG einen supraleitenden Zustand mit einer charakteristischen V-förmigen Signatur aufweist. Dieses Muster unterscheidet sich fundamental von der Signatur herkömmlicher supraleitender Materialien.

Die Forschungsgruppe nutzte eine neuartige experimentelle Plattform, die Elektronen-Tunnelmessungen mit elektrischen Transportmessungen in einem einzigen Gerät kombiniert. Diese Methode ermöglichte die direkte Beobachtung der supraleitenden Lücke, sobald der elektrische Widerstand des Materials auf Null sank, dem Kennzeichen der Supraleitung. Die Beobachtung dieser V-förmigen Profilierung der supraleitenden Lücke deutet auf einen von der konventionellen Theorie abweichenden, robusteren Mechanismus hin, der wahrscheinlich durch starke elektronische Wechselwirkungen und nicht durch Gitterschwingungen angetrieben wird.

Die wissenschaftliche Relevanz dieser Arbeit liegt in der fundamentalen Klärung der Elektronenpaarungsmechanismen in neuartigen zweidimensionalen Materialien. Shuwen Sun, Doktorand am MIT Department of Physics und Co-Leitautor der Studie, betonte, dass die Analyse der supraleitenden Lücke Hinweise auf den Mechanismus liefert, der potenziell verlustfreie Energienetze und fortschrittlichere Quantencomputer ermöglichen könnte. Co-Leitautorin Jeong Min Park, Ph.D. '24, vermutet, dass die Paarung der Elektronen im MATTG-System durch starke elektronische Interaktionen initiiert wird, was eine spezielle Symmetrie im supraleitenden Zustand erzeugt, im Gegensatz zur phonon-vermittelten Paarung in klassischen Supraleitern.

Methodisch stellt die Entwicklung der kombinierten Messplattform eine Errungenschaft in der Festkörperphysik dar, da sie eine eindeutige Identifizierung der supraleitenden Tunnel-Lücke bei gleichzeitiger Überwachung des elektrischen Transports erlaubte. Die Forscher verfolgten die Entwicklung dieser Lücke unter variierenden Temperatur- und Magnetfeldbedingungen, was die Bestätigung der unkonventionellen Natur des Materials lieferte. Zu den wichtigen Mitwirkenden zählen Kenji Watanabe und Takashi Taniguchi vom National Institute for Materials Science (NIMS) in Japan, die Beiträge zur Materialbereitstellung leisteten. Die Arbeit positioniert die Forschungsgruppe um Senior-Autor Pablo Jarillo-Herrero an der Spitze der Entwicklung neuer Quantenmaterialien.