Physiker modifizieren erfolgreich einen Halbleiter, um einen Supraleiter zu erzeugen.

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Drei Physiker der Fakultät für Physik und Astronomie an der Universität von Tennessee, Knoxville, haben zusammen mit ihren Kollegen von der Southern University of Science and Technology und der Sun Yat-sen Universität in China erfolgreich einen Halbleiter modifiziert, um einen Supraleiter herzustellen.

Professor und Abteilungsleiter Hanno Weitering, Associate Professor Steve Johnston und Doktorand Tyler Smith gehörten zu dem Team, das den Durchbruch in der Grundlagenforschung erzielte, der zu unvorhergesehenen Fortschritten in der Technologie führen kann.

Halbleiter sind elektrische Isolatoren, leiten aber unter besonderen Umständen elektrische Ströme. Sie sind ein wesentlicher Bestandteil vieler elektronischer Schaltkreise, die in Alltagsgegenständen wie Mobiltelefonen, Digitalkameras, Fernsehern und Computern verwendet werden.

Mit dem Fortschritt der Technologie ging auch die Entwicklung von Halbleitern einher, die die Herstellung von elektronischen Geräten ermöglichen, die kleiner, schneller und zuverlässiger sind.

Supraleiter, die erstmals 1911 entdeckt wurden, ermöglichen es, elektrische Ladungen ohne Widerstand zu bewegen, so dass Strom ohne jeden Energieverlust fließt. Obwohl die Wissenschaftler noch praktische Anwendungen erforschen, werden Supraleiter derzeit am häufigsten in MRT-Maschinen eingesetzt.

Unter Verwendung einer Silizium-Halbleiterplattform – die der Standard für fast alle elektronischen Geräte ist – verwendeten Weitering und seine Kollegen Zinn, um den Supraleiter herzustellen.

“Wenn man einen Supraleiter hat und ihn in einen Halbleiter integriert, gibt es auch neue Arten von elektronischen Geräten, die man herstellen kann”, erklärte Weitering.

Supraleiter werden typischerweise durch Zufall entdeckt; die Entwicklung dieses neuartigen Supraleiters ist das erste Beispiel überhaupt, bei dem absichtlich ein atomar dünner Supraleiter auf einer herkömmlichen Halbleiterschablone erzeugt wird, wobei die Wissensbasis der Hochtemperatur-Supraleitung in dotierten “Mott-isolierenden” Kupferoxidmaterialien genutzt wird.

“Der gesamte Ansatz – die Dotierung eines Mott-Isolators, des Zinns auf Silizium – war eine bewusste Strategie. Dann kam der Beweis, dass wir die Eigenschaften eines dotierten Mott-Isolators im Gegensatz zu allem anderen sehen und andere Interpretationen ausschließen. Der nächste logische Schritt war der Nachweis der Supraleitung, und siehe da, es funktionierte”, sagte Weitering.

“Die Entdeckung neuer Erkenntnisse ist eine Kernaufgabe von UT”, erklärte Weitering. “Obwohl wir keine unmittelbare Anwendung für unseren Supraleiter haben, haben wir einen proof of principle erstellt, der zu zukünftigen praktischen Anwendungen führen kann.

Referenz: “Supraleitung in einer lochdotierten, Mott-isolierenden, dreieckigen Adatomschicht auf einer Siliziumoberfläche” von Xuefeng Wu, Fangfei Ming, Tyler S. Smith, Guowei Liu, Fei Ye, Kedong Wang, Steven Johnston und Hanno H. Weitering, 9. September 2020, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.117001.

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