In een wereld waar elektronen gewoonlijk botsen en energie verliezen, laten supergeleiders hen zonder weerstand bewegen. Maar in uraanditelluride ontdekten wetenschappers iets onverwachts: geordende golven van elektronenparen blijven behouden, zelfs nadat het materiaal zijn supergeleidende toestand verliest.
Supergeleiding ontstaat bij zeer lage temperaturen, wanneer elektronen Cooper-paren vormen en zonder verlies door het kristalrooster bewegen. In gewone materialen verschijnen deze paren strikt bij een faseovergang. In uraanditelluride echter, dat onder 2,1 kelvin supergeleidend wordt, vormen de Cooper-paren zich tot herhalende ruimtelijke patronen — golven van paar-dichtheid.
Dergelijke golven werden al in 2007 voorspeld, maar er was geen direct bewijs voor hun bestaan buiten de supergeleidende fase. Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign gebruikten een scanning-tunnelmicroscoop met een vectormagnetisch veld en hoogwaardige monsters van het materiaal. Zij legden karakteristieke elektronische modi vast die op temperatuur en magnetisch veld precies reageren zoals de theorie van golven van paar-dichtheid voorspelt.
Het meest verrassend: deze modi blijven behouden bij temperaturen die duidelijk boven het kritieke punt van de supergeleiding liggen. Fysicus Eduardo Fradkin vergeleek ze met de glimlach van de Cheshire-kat — sporen die achterblijven nadat de fase zelf is verdwenen. Dat betekent niet dat het materiaal bij hogere temperaturen supergeleidend blijft, maar het toont aan dat Cooper-paren in georganiseerde vorm kunnen bestaan onafhankelijk van de grondtoestand.
Uraanditelluride is ook interessant omdat het als een zeldzame spin-triplet-supergeleider wordt beschouwd: de elektronenparen erin bezitten een eigen magnetische oriëntatie. De waarneming van golven van paar-dichtheid helpt te begrijpen hoe zulke ongewone paren precies worden gevormd en waarom zij zich anders gedragen dan in klassieke supergeleiders.
De ontdekking brengt fysici dichter bij het ontrafelen van de mechanismen van niet-traditionele supergeleiding en kan wegen aanwijzen naar het creëren van materialen die bij hogere temperaturen werken. Inzicht in deze tussenliggende toestanden is belangrijk voor toekomstige technologieën — van energie-efficiënte netwerken tot kwantumcomputers.
Golven van paar-dichtheid tonen aan dat supergeleiding niet simpelweg aan of uit is, maar een complex proces met tussenfasen die nu rechtstreeks kunnen worden bestudeerd.
