RW Space

Сверхпроводимость, способность материалов проводить электричество с нулевым сопротивлением, является ценным научным сокровищем.

Исследователи обнаружили новую порцию этого экзотического явления, спрятанную внутри особого вида ромбоэдрического графена.

Эта естественная форма графена состоит из нескольких ультратонких слоев, каждый из которых расположен под определенным углом относительно своих соседей.

Это что-то вроде фаворита среди ученых из-за его необычных свойств.

В этой новой серии открытий, опубликованной в журнале Nature, исследователи под руководством команда из Массачусетского технологического института экспериментировала с ромбоэдрическим графеном, уложенным в четыре и пять слоев, манипулируя ими для создания различной плотности электронов (контролируя конкретную форму, которую принимает сверхпроводимость).

Испытания при сверхнизких температурах не только показали, что графен может содержать несколько состояний сверхпроводимости – что само по себе является редкостью, но и показали, что некоторые из этих состояний на самом деле становятся сильнее под воздействием магнитных полей, которые обычно исключают из них сверхпроводимость.

«С точки зрения фундаментальной физики С точки зрения зрения, это очень экзотично, что магнитное поле не убивает сверхпроводимость, а вместо этого усиливает ее», — говорит физик Лун Цзюй из Массачусетского технологического института.

«Мы предоставили множество экспериментальных результатов и предоставили пищу, которую люди могут усвоить, чтобы попытаться подумать о том, что здесь происходит».

Это не первый раз, когда члены этой команды обнаруживают нетрадиционные состояния сверхпроводимости в ромбоэдрическом графене; эта последняя работа добавляет к их числу еще три.

Сверхпроводники основаны на том, что электроны объединяются в пары с другими электронами с противоположными магнитными спинами (пары Купера), а затем скользят сквозь материалы без помех. Обычно добавление магнитного поля объединяет спины этих электронов настолько, чтобы разрушить пары и сверхпроводимость.

В данном случае это не так. Когда исследователи изменили плотность электронов, силу и ориентацию магнитного поля, появились странные результаты.

В одном случае сверхпроводимость не проявлялась до тех пор, пока не было включено магнитное поле. В двух других случаях магнитное поле усилило сверхпроводимость – по сути, сделав ее более прочной и способной выдерживать более широкий набор сценариев.

«Сверхпроводимость на самом деле повышается, например, температура перехода повышается с 55 милликельвинов до, вероятно, 90 милликельвинов», – говорит Джу.

«В то же время материал может выдержать еще 50 или 60 процентов дополнительного тока, прежде чем сверхпроводимость разрушится. И это очень важно. необычно».

Следующий вопрос заключается в том, почему эти состояния сверхпроводника являются исключениями из правил с точки зрения магнитных полей – и в этом исследователи пока не уверены.

У них есть одна рабочая теория: в этих конкретных условиях электроны могут совпадать с другими, имеющими такое же спиновое выравнивание.

Магнитное поле по-прежнему притягивает электроны, но они уже выровнены таким же образом, сохраняя свою сверхпроводимость.

«Люди могут предположить, что это простой и скучный углеродный материал, но мы можем контролировать этот материал, настраивая определенные экспериментальные регуляторы, например, электрическое напряжение», — говорит Джу.

«Вот как простой физический материал может проявлять так много различных сверхпроводящих свойств».

Далее исследователи хотят более внимательно рассмотреть каждое сверхпроводящее состояние по очереди, выяснив, как оно генерируется и как оно взаимодействует с магнитными полями (здесь использовались поля, в 180 000 раз более сильные, чем магнитное поле Земли).

Стоит иметь в виду, что сверхпроводимость здесь по-прежнему зависит от сверхнизких температур и конкретной лаборатории. Однако есть потенциальное применение в области квантовых вычислений для повышения стабильности заведомо нестабильных кубитов.

Однако до этого еще далеко.

На данный момент исследование является еще одним свидетельством экзотических состояний, которые можно получить из естественно образующихся материалов, таких как ромбоэдрический графен, — с некоторыми изменениями в их свойствах.

По теме: ученые открывают новый класс квантовых состояний в Графен

«Мы можем контролировать простейший химический и конструкционный материал — кристаллический углерод — в рамках развлечения», — говорит физик Джунсок Со из Массачусетского технологического института.

«Мы не только имеем дело с тем, что дает нам природа, но и применяем дополнительные элементы управления, чтобы изменить это на то, что природа нам не дает, но что может существовать в том же материале».

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Эта статья была проверена Клэр Уотсон и отредактирована Питером Докрилом. Хотя мы гордимся своим процессом, мы всего лишь люди. Если вы заметили ошибку, сообщите нам об этом.