Фото: Сэмпсон Уилкокс, RLE
Исследователи из MIT обнаружили, что ромбоэдрический графен — атомарно тонкие слои графита, уложенные по определённой схеме, — способен существовать как минимум в четырёх различных сверхпроводящих состояниях. Несколько из них противоречат законам классической физики: они не только сохраняются в присутствии магнитного поля, но и усиливаются под его воздействием. Результаты исследования опубликованы 29 июня в журнале Nature; авторы называют своё открытие «новым семейством сверхпроводников, усиливаемых магнитным полем».
Сверхпроводимость, не поддающаяся магнитным полям
В норме магнитные поля разрушают сверхпроводимость. В обычных сверхпроводниках электроны образуют пары с противоположными спинами, и приложенное магнитное поле растаскивает эти спины в разные стороны, разрушая пары. Однако в экспериментах, которыми руководил физик из MIT Лун Цзюй, три из четырёх обнаруженных сверхпроводящих состояний ромбоэдрального графена сохранялись в магнитных полях напряжённостью до около 9 тесла — примерно в 180 000 раз сильнее магнитного поля Земли.
Ещё более поразительно другое: когда исследователи приложили перпендикулярное магнитное поле при определённой плотности электронов, сверхпроводимость не просто выжила — она усилилась. «Сверхпроводимость на самом деле усиливается: температура перехода поднимается примерно с 55 до 90 милликельвин», — объяснил Цзюй. «При этом материал способен выдержать ещё на 50–60 процентов больший ток, прежде чем сверхпроводимость разрушится. И это очень необычно».
Новый механизм спаривания электронов
На изображении показаны три различных способа образования пар электронов и их свободного движения через ромбоэдрический пятислойный графен. Три различных сверхпроводящих состояния, обозначенные разными цветами, удивительным образом сохраняются и даже могут усиливаться в магнитном поле, которое обычно подавляет сверхпроводимость.
Изображение: Эми Пан, RLE.
Группа учёных предполагает, что в ромбоэдрическом графене при определённых плотностях электронов те могут образовывать пары с параллельными спинами, а не антипараллельными. В таком состоянии магнитное поле действует на оба спина в одном направлении, сохраняя их ориентацию и не разрушая сверхпроводящие свойства материала.
Это открытие опирается на предыдущие работы группы Цзю: в прошлом году исследователи впервые зафиксировали «киральную сверхпроводимость» в том же материале — состояние, сочетающее сверхпроводимость с внутренним магнетизмом, возникающим вследствие орбитального движения электронов.
Значение для нетрадиционной сверхпроводимости
Полученные результаты подтверждают, что ромбоэдрический графен является платформой, в которой в рамках одного материала сосуществуют несколько нетрадиционных сверхпроводящих состояний. Несмотря на то что соответствующие температуры остаются далеко ниже практически значимых порогов — всего несколько десятков милликельвин выше абсолютного нуля, — полученные данные открывают физикам новую систему для изучения экзотических форм сверхпроводимости и механизмов спин-триплетного спаривания, которые давно предсказаны теоретически, но крайне редко наблюдались на практике.
В число соавторов исследования из Массачусетского технологического института входят со-первые авторы Джунсок Со (Junseok Seo) и Шеньонг Йе (Shenyong Ye). Работа выполнена в лаборатории доцента Лонга Джу (Long Ju).
В число других соавторов из MIT входят Тонган Хан, Чжэнхан У, Вэй Сюй, Цзисян Ян, Эмили Эйткен, Прайога Лионг, Пхаттанон Паттанаканвиджит, Зак Хаджри и Минда Ли.
Внешними соавторами являются со-первый автор Армель Коттен и члены группы Доминика Зумбуля из Базельского университета в Швейцарии, а также специалисты из Университета штата Флорида, Университета Флориды в Гейнсвилле и Национального института материаловедения в Японии.
Комментариев нет:
Отправить комментарий