В свръхпроводящите материали електрическият ток ще тече без никакво съпротивление. Има доста практически приложения на този феномен; много фундаментални въпроси обаче все още остават без отговор. Доцент Джъстин Йе, ръководител на групата по физика на устройствата на сложни материали в университета в Гронинген, изучава свръхпроводимостта в двоен слой молибденов дисулфид и открива нови свръхпроводящи състояния. Резултатите са публикувани в списание Nature Nanotechnology на 4 ноември.

Свръхпроводимостта е показана в монослойни кристали, например, молибденов дисулфид или волфрамов дисулфид, които имат дебелина от само три атома. „И в двата монослоя има специален тип свръхпроводимост, при който вътрешно магнитно поле защитава свръхпроводящото състояние от външни магнитни полета“, обяснява Йе. Нормалната свръхпроводимост изчезва, когато се приложи голямо външно магнитно поле, но тази свръхпроводимост на Изинг е силно защитена. Дори в най-силното статично магнитно поле в Европа, което има сила от 37 тесла, свръхпроводимостта във волфрамовия дисулфид не показва никаква промяна. Въпреки това, въпреки че е страхотно да имаме толкова силна защита, следващото предизвикателство е да се намери начин да се контролира този защитен ефект чрез прилагане на електрическо поле.

Нови свръхпроводящи състояния

Йе и неговите сътрудници изследваха двоен слой молибденов дисулфид: „В тази конфигурация взаимодействието между двата слоя създава нови свръхпроводящи състояния.“ Йе създаде окачен двоен слой с йонна течност от двете страни, която може да се използва за създаване на електрическо поле през двуслоя. „В отделния монослой такова поле ще бъде асиметрично, с положителни йони от едната страна и отрицателни заряди, индуцирани от другата. Въпреки това, в двуслойния слой можем да имаме едно и също количество заряд, индуциран и в двата монослоя, създавайки симетрична система“, обяснява Йе. Така създаденото електрическо поле може да се използва за включване и изключване на свръхпроводимостта. Това означава, че е създаден свръхпроводящ транзистор, който може да бъде затворен през йонната течност.

В двойния слой защитата на Ising срещу външни магнитни полета изчезва. "Това се случва поради промени във взаимодействието между двата слоя." Електрическото поле обаче може да възстанови защитата. „Нивото на защита се превръща във функция от това колко силно затваряте устройството.“

Купър двойки

Освен създаването на свръхпроводящ транзистор, Йе и колегите му направиха още едно интригуващо наблюдение. През 1964 г. е предсказано, че съществува специално свръхпроводящо състояние, наречено състояние FFLO (наречено на учените, които са го предсказали: Фулде, Ферел, Ларкин и Овчинников). При свръхпроводимостта електроните пътуват по двойки в противоположни посоки. Тъй като се движат с еднаква скорост, тези двойки на Купър имат общ кинетичен импулс нула. Но в състояние FFLO има малка разлика в скоростта и следователно кинетичният импулс не е нула. Досега това състояние никога не е било правилно изследвано в експерименти.

„Изпълнихме почти всички предпоставки, за да подготвим състоянието FFLO в нашето устройство“, казва Йе. „Но състоянието е много крехко и значително се влияе от замърсявания по повърхността на нашия материал. Следователно ще трябва да повторим експериментите с по-чисти проби.

Със суспендирания двуслой от молибденов дисулфид Йе и сътрудниците разполагат с всички съставки, необходими за изследване на някои специални свръхпроводящи състояния. „Това е наистина фундаментална наука, която може да ни донесе концептуални промени.“