Chinese natuurkundigen van de Universiteit van Peking hebben een nieuwe fase in supergeleiders ontdekt, die precies samenvalt met de grens waar het materiaal plotseling stroom zonder weerstand begint te geleiden op de 'linkerflank' van het temperatuur-drukdiagram.
De onderzoekers Yu-Cheng Zhu, Jia-Xi Zeng en Xin-Zheng Li toonden aan dat deze fase — kwantumroosterwanorde — ontstaat door kwantumfluctuaties van atoomkernen. Anders dan bij de gebruikelijke modellen, waarin de hoofdrol aan elektronen wordt toegekend, blijkt hier het gedrag van het kristalrooster zelf cruciaal.
De wetenschappers pasten de padintegraalmethode in de moleculaire dynamica toe om de kwantumaard van de kernen te verdisconteren. De berekeningen onthulden een driehoekig gebied op het fasediagram druk—temperatuur, waar het rooster dankzij kwantumeffecten wanordelijk blijft. De linkerrand van dit gebied valt samen met de temperatuur waarop de supergeleiding begint.
Het effect komt bijzonder duidelijk tot uiting in nikkelhoudende materialen. Bij vervanging van waterstof door deuterium verschuift de grens van de kwantumfase, en de maximale supergeleidingstemperatuur daalt van 220 naar 160 kelvin. Dit bevestigt het directe verband tussen kernfluctuaties en het mechanisme van elektronenparing.
De ontdekking verandert het beeld van hogetemperatuursupergeleiding: nu moet deze worden beschouwd als een gezamenlijke kwantumtoestand van elektronen en rooster. Voorheen werden structuurdiagrammen opgesteld zonder rekening te houden met veeldeeltjeseffecten van kernen, wat tot onnauwkeurige voorspellingen leidde.
De nieuwe fase biedt een richtsnoer voor het zoeken naar materialen met hogere supergeleidingstemperaturen en verklaart waarom de supergeleiding op de 'linkerflank' van de koepel abrupt afbreekt.
