Elektronen nemen een omweg in supergeleiders
Onderzoekers van de Stichting FOM, de Universiteit van Amsterdam en het Leibniz Instituut voor vaste stof- en materiaalonderzoek te Dresden (Duitsland) hebben het primaire pad geïdentificeerd dat elektronen volgen in tunnelexperimenten aan hoge-temperatuur supergeleiders. In dit soort experimenten springen elektronen als het ware over van een heel dunne naald naar een te onderzoeken (supergeleidend) oppervlak. Informatie over het pad dat de elektronen dan volgen is van belang bij de interpretatie van eerder onderzoek naar de elektronische structuur van supergeleiders. Het draagt zo bij aan het microscopisch begrip van supergeleiding. De onderzoekers publiceren hun resultaten op 19 september 2012 in Physical Review Letters.
Atomaire resolutie
Bij scanning tunneling microscopie (STM) brengen onderzoekers een geleidende dunne naald, eindigend in een enkel atoom, tot vlak boven een te onderzoeken oppervlak. Ondanks dat er geen mechanisch contact is tussen de naald en het oppervlak, kan er door een quantummechanisch effect (tunnelen) toch een stroom gaan lopen als er een spanningsverschil is. Door de stroom als functie van het voltage te meten, krijgen de onderzoekers informatie over de elektronische structuur van het oppervlak onder de naald met een atomaire resolutie.
Theorie en experimenten
Onderzoekers uit Dresden modelleerden het tunnelproces tussen een ijzer-arsenide supergeleider en een platina STM-naald. Ze berekenden de totale tunnelstroom en de paden van de elektronen door de oppervlaktelagen. Het pad dat het meest bijdraagt aan de totale stroom, bleek via de bariumatomen in de bovenste oppervlaktelaag te gaan. Het gevolg is dat de gemeten elektronische structuur voor een groot deel door deze Ba atomen wordt bepaald. Deze bevindingen werden door de onderzoekers uit Amsterdam experimenteel bevestigd met STM-experimenten aan BaFe2As2-kristallen. De resultaten dragen bij aan de zoektocht naar de intrinsieke eigenschappen die relevant zijn voor het mechanisme van hoge-temperatuur supergeleiding, aangezien die nu gescheiden kunnen worden van andere effecten.
Contact
Van der Waals - Zeeman Instituut, Universiteit van Amsterdam
Dr. Erik van Heumen (020) 525 63 75 / Prof.dr. Mark S. Golden (020) 525 63 63
Institute for Theoretical Solid State Physics IFW Dresden
Prof.dr. Jeroen van den Brink +49 (0)351 465 93 80 / Dr. Klaus Koepernik +49 (0)351 465 93 60
Referentie
'Surface Adatom Conductance Filtering in Scanning Tunneling Spectroscopy of Co-doped BaFe2As2 Iron Pnictide Superconductors' K. Koepernik, S. Johnston, E. van Heumen, Y. Huang, J. Kaas, J. B. Goedkoop, M. S. Golden, and J. van den Brink, Phys. Rev. Lett. 109, 127001 (2012).