В „магическия графен“ се наблюдават ясни признаци на необичайна свръхпроводимост

Електрическият ток в свръхпроводника тече, без да спира или да губи енергия по пътя си. Обикновено обаче, за да се поддържа състоянието на свръхпроводимост, материалът трябва да се охлади до криогенни температури с помощта на сложно и скъпо оборудване. Изследователи от САЩ се насочиха към нетрадиционни и потенциално по-обещаващи свръхпроводници. И установиха, че ако се вземат три слоя графен и се изместят под определен ъгъл, ще се появят признаци на свръхпроводимост, и то различна от конвенционалните свръхпроводници.

Графенът се състои от слой въглеродни атоми, свързани в хексагонална структура, наподобяваща телена мрежа. През 2010 г. учените прогнозират, че ако два слоя графен се наложат един върху друг с малко отместване, получената „моаре структура“ ще прояви необичайно електронно поведение. През 2018 г. група физици, ръководена от Пабло Хариоло-Хереро, успя да произведе такъв графен за първи път и наблюдава някои от неговите свойства. Това откритие даде началото на нова област – твистрониката, или изучаването на атомно тънки, прецизно усукани материали.

Целта на новото изследване на Харильо-Хереро и колегите му от Масачузетския технологичен институт е била да се наблюдава необичайната свръхпроводимост в структурата на „магическия графен“. За целта е било необходимо да се измери свръхпроводимостта на материала.

„Когато материалът стане свръхпроводим, електроните се движат по двойки, а не поотделно, и се появява енергийна празнина, отразяваща естеството на тяхното свързване“, обяснява Пак Джонг-Мин, един от участниците в експеримента. – Формата и симетрията на тази празнина ни разкриват фундаменталната природа на свръхпроводимостта.“

Екипът разработи и приложи нов метод за измерване на празнината, съчетаващ тунелирането на електроните с електропренос. Използвайки го, те успяха недвусмислено да идентифицират свръхпроводима тунелна празнина, която се появява само когато електрическото съпротивление на материала е нула, което е отличителен белег на свръхпроводимостта. След това те проследиха как тя се променя под въздействието на температурата и магнитните полета.

Забележително е, пише MIT News, че процепът има ясно изразен V-образен профил, който ясно се различава от плоската и равномерна форма на конвенционалните свръхпроводници. Тази форма отразява необичайния механизъм, чрез който електроните в „магическия графен“ образуват двойки, създавайки свръхпроводими състояния. Точната природа на случващото се учените все още не са изяснили.

В бъдеще екипът възнамерява да тества новия метод и с други двуизмерни усукани структури и материали. Това ще даде възможност да се изследват основните електронни структури на свръхпроводимостта и други квантови фази, тъй като те се появяват в един и същи образец. В дългосрочен план това ще открие пътя към нови свръхпроводими и квантови материали, което може да окаже огромно влияние в сферата на електрониката.