Supergeleiders geleiden stroom zonder weerstand en zijn daarom potentiële kandidaten voor het verliesvrije transport van elektrische energie. Materialen op ijzerbasis blijven ook bij relatief hoge temperaturen nog supergeleidend. Hoe supergeleiding in materialen op ijzerbasis functioneert is en blijft een raadsel, omdat het magnetisme van ijzer de supergeleiding eigenlijk zou moeten verhinderen.

De onderzoekers bestudeerden het gedrag van ijzerhoudende supergeleiders met behulp van verontreinigingen door kobalt-atomen. Volgens het theorema van Anderson uit 1959 stoort de toevoeging van verontreinigingen weliswaar de supergeleiding maar maakt die in de meeste gevallen niet onmogelijk. Kobalt lijkt echter een uitzondering te zijn. Bij toevoeging van kobalt aan ijzerhoudende supergeleiders gaat de supergeleiding verloren. Tot nog toe was niet duidelijk waarom en hoe.

Met rastertunnelmicroscopie is een groot aantal monsters bij ongeveer 0,4 K onderzocht.  Zo kon de invloed van de kobalt-atomen op de supergeleiding zowel lokaal (atomair) als globaal worden gemeten. Daarbij bleek dat elk kobalt-atoom een begrensde lokale invloed uitoefent, die op een afstand van twee atomen verdwijnt. Wanneer de kobalt-concentratie echter toeneemt, gaat de supergeleiding op een gegeven moment helemaal verloren.

 

Quantum-fase-effect bij supergeleiding. Video: Princeton University.
 
Supergeleiding kan worden teruggevoerd op de koppeling van twee elektronen. Dit stelt de elektronen in staat zich weerstandsloos door een materiaal te bewegen. Bij lithium-ijzer-arsenide is de verstrooiing aan de zogenaamde Born-grens blijkbaar in staat het theorema van Anderson te omzeilen, wat tot een quantum-fase-overgang van een supergeleidende naar een niet-supergeleidende toestand leidt.

Supergeleiders kunnen ook door hun tunnelspectrum worden beschreven. Lithium-ijzer-arsenide vertoont een “S-golf-spleet” met een U-vormige bodem in de supergeleidende energiespleet. De kobalt-verontreinigingen onderdrukken niet alleen de supergeleiding, maar veranderen ook de vorm van de spleet. De onderzoekers concludeerden daarom dat een alternatief voor het theorema van Anderson moet worden ontwikkeld.

De resultaten zijn gepubliceerd in een artikel in de Physical Review Letters.