Durch chemisches Peeling entsteht supraleitende Wolframdisulfid-Tinte

Bericht vom 23. März 2023

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von Bob Yirka, Phys.org

Ein Team aus Chemikern, Ingenieuren, Materialwissenschaftlern und Physikern der Princeton University, der Rutgers University und der Universität Regensburg hat eine chemische Peeling-Technik entwickelt, um einzelmoleküldicke Wolframdisulfidtinte herzustellen. Die Gruppe beschreibt ihre Technik in einem Artikel, der in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde.

Während die Forschung zur Entwicklung wirklich nützlicher Quantencomputer weitergeht, suchen Wissenschaftler weiterhin nach neuen Materialien, die solche Maschinen unterstützen könnten. Bei dieser neuen Anstrengung untersuchte das Forschungsteam Möglichkeiten, sehr kalte Schaltkreise in Quantencomputern mithilfe supraleitender Tinte zu drucken.

Bei der neuen Methode handelte es sich um ein Material, das aus Schichten aus Wolframdisulfid und Kalium bestand. Die Forscher peelten das Material, indem sie es in eine Schwefelsäurelösung tauchten. Dadurch wurde das Kalium aufgelöst und es blieben Einzelmolekülschichten aus Wolframdisulfid zurück. Der letzte Schritt bestand darin, die Säure und die darin enthaltenen Reste abzuspülen, sodass die Wolframschichten in einer Wanne mit Wasser suspendiert blieben. In diesem Zustand stellten die Forscher fest, dass die Schichten aus Wolframdisulfid als Tinte verwendet werden könnten, die auf verschiedene Arten von Oberflächen wie Kunststoff, Silizium oder Glas gedruckt werden könnte. Dadurch blieb eine ein Molekül dicke Schicht auf dem Material zurück.

Die Beschichtung blieb bei Raumtemperatur 30 Tage lang stabil, ohne dass eine Schutzbeschichtung erforderlich war. Durch Abkühlen auf 7,3 K wurde die Beschichtung supraleitend, selbst nachdem sie längere Zeit an der Luft gelagert wurde. Das Forschungsteam stellt fest, dass dies darauf hindeutet, dass die Tinte ohne spezielle Ausrüstung zu einem Ort transportiert werden könnte, wo sie dann für die Verwendung als Supraleiter eingefroren werden könnte. Sie schlagen außerdem vor, dass das Verfahren aufgrund der Einfachheit recht einfach zu industrialisieren sein dürfte.

Sie kommen zu dem Schluss, dass die Tinte in Quantencomputern oder MRT-Geräten verwendet werden könnte, wo Teile bereits auf die notwendigen Temperaturen abgekühlt wären. Als nächstes plant das Team, die Möglichkeit zu testen, mit einem ähnlichen Verfahren supraleitende Beschichtungen bei höheren Temperaturen herzustellen.

Mehr Informationen: Xiaoyu Song et al., Synthese einer wässrigen, luftstabilen, supraleitenden 1T′-WS 2-Monoschichttinte, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.add6167

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