Toekomstige elektronische technologieën zijn afhankelijk van de ontdekking van unieke materialen. Soms maakt de natuurlijk gevormde topologie van atomen het echter moeilijk om nieuwe fysieke effecten te produceren. Om dit probleem op te lossen zijn wetenschappers van de Universiteit van Zürich er nu in geslaagd supergeleiders atoom voor atoom te construeren, waardoor nieuwe toestanden van materie ontstaan.


Onderzoekers zijn erin geslaagd een nieuw type supergeleider te creëren door deze atoom voor atoom te rangschikken, wat zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van innovatieve materialen en vooruitgang in kwantumcomputers. Dit onderzoek biedt een haalbare manier om de beperkingen van natuurlijke materialen te overwinnen en de weg vrij te maken voor nieuwe toestanden van materie in toekomstige elektronica- en computertechnologieën.

Hoe ziet de computer van de toekomst eruit? Hoe zal het werken? Het vinden van antwoorden op deze vragen is een belangrijke motor voor fundamenteel natuurkundig onderzoek. Er zijn verschillende scenario's mogelijk, van verdere ontwikkelingen in de klassieke elektronica tot neuromorfe computers en kwantumcomputers.

Wat al deze benaderingen gemeen hebben, is dat ze gebaseerd zijn op nieuwe fysieke effecten, waarvan sommige tot nu toe alleen theoretisch voorspeld zijn. Onderzoekers werken onvermoeibaar aan het vinden van nieuwe kwantummaterialen met behulp van de modernste apparatuur om dit effect te creëren. Maar wat als er geen geschikt materiaal is dat in de natuur voorkomt?

In een recente studie gepubliceerd in Nature Physics werkte de onderzoeksgroep van UZH-professor Titus Neupert nauw samen met natuurkundigen van het Max Planck Instituut voor Microstructuurfysica in Halle, Duitsland, om een ​​mogelijke oplossing voor te stellen. De onderzoekers creëren de benodigde materialen zelf atoom voor atoom.

Hun onderzoek richt zich op nieuwe typen supergeleiders, die vooral interessant zijn omdat ze bij lage temperaturen geen weerstand hebben. Supergeleiders, ook wel ‘ideale magneten’ genoemd, worden in veel kwantumcomputers gebruikt vanwege hun buitengewone interacties met magnetische velden. Theoretische natuurkundigen hebben jarenlang verschillende supergeleidende toestanden bestudeerd en voorspeld. "Tot nu toe zijn echter slechts enkele supergeleidende toestanden in materialen bevestigd", zei professor Neupert.

In hun opwindende samenwerking voorspelden Harvard-onderzoekers theoretisch hoe atomen zouden moeten worden gerangschikt om nieuwe supergeleidende fasen te creëren, en het Duitse team voerde vervolgens experimenten uit om de relevante topologieën te bereiken. Ze gebruikten scanning-tunnelingmicroscopie om atomen met atomaire precisie op de juiste locatie te verplaatsen en af ​​te zetten.

Dezelfde methode wordt ook gebruikt om de magnetische en supergeleidende eigenschappen van het systeem te meten. Door chroomatomen op het oppervlak van supergeleidend niobium af te zetten, creëerden de onderzoekers twee nieuwe soorten supergeleiding. Soortgelijke methoden zijn al eerder gebruikt om metaalatomen en moleculen te manipuleren, maar tot nu toe was het niet mogelijk om tweedimensionale supergeleiders te maken.

De resultaten bevestigden niet alleen de theoretische voorspellingen van de natuurkundigen, maar gaven hen ook aanleiding om te speculeren over welke andere nieuwe toestanden van materie met deze methode zouden kunnen worden gecreëerd en hoe deze in toekomstige kwantumcomputers zouden kunnen worden gebruikt.