U supravodljivim materijalima električna struja će teći bez ikakvog otpora. Postoji dosta praktičnih primjena ovog fenomena; međutim, mnoga fundamentalna pitanja ostaju bez odgovora. Vanredni profesor Justin Ye, šef grupe za fiziku uređaja složenih materijala na Univerzitetu Groningen, proučavao je supravodljivost u dvostrukom sloju molibden disulfida i otkrio nova supravodljiva stanja. Rezultati su objavljeni u časopisu Nature Nanotechnology 4. novembra.

Superprovodljivost je prikazana u monoslojnim kristalima, na primjer, molibden disulfida ili volfram disulfida koji imaju debljinu od samo tri atoma. "U oba monosloja postoji posebna vrsta supravodljivosti u kojoj unutrašnje magnetsko polje štiti supravodljivo stanje od vanjskih magnetnih polja", objašnjava Ye. Normalna supravodljivost nestaje kada se primijeni veliko vanjsko magnetsko polje, ali ova Izingova supravodljivost je snažno zaštićena. Čak iu najjačem statičkom magnetnom polju u Evropi, koje ima snagu od 37 Tesla, supravodljivost u volfram disulfidu ne pokazuje nikakvu promjenu. Međutim, iako je sjajno imati ovako jaku zaštitu, sljedeći izazov je pronaći način da se kontrolira ovaj zaštitni efekat primjenom električnog polja.

Nova supravodljiva stanja

Ye i njegovi saradnici proučavali su dvostruki sloj molibden disulfida: "U toj konfiguraciji, interakcija između dva sloja stvara nova supravodljiva stanja." Vi ste stvorili suspendirani dvostruki sloj, s ionskom tekućinom na obje strane koja se može koristiti za stvaranje električnog polja preko dvosloja. “U pojedinačnom monosloju, takvo polje će biti asimetrično, s pozitivnim ionima na jednoj strani i negativnim nabojima s druge strane. Međutim, u dvosloju možemo imati istu količinu naelektrisanja indukovanu na oba monosloja, stvarajući simetričan sistem“, objašnjava Ye. Električno polje koje je tako stvoreno moglo bi se koristiti za uključivanje i isključivanje supravodljivosti. To znači da je stvoren supravodljivi tranzistor koji bi mogao da se probije kroz jonsku tečnost.

U dvostrukom sloju, Isingova zaštita od vanjskih magnetnih polja nestaje. “To se događa zbog promjena u interakciji između dva sloja.” Međutim, električno polje može obnoviti zaštitu. “Nivo zaštite postaje funkcija koliko snažno upravljate uređajem.”

Cooper parovi

Osim stvaranja supravodljivog tranzistora, Ye i njegove kolege napravili su još jedno intrigantno zapažanje. Godine 1964. predviđeno je postojanje posebnog supravodljivog stanja, nazvanog FFLO stanje (nazvano po naučnicima koji su ga predvideli: Fulde, Ferrell, Larkin i Ovchinnikov). U supravodljivosti, elektroni putuju u parovima u suprotnim smjerovima. Pošto putuju istom brzinom, ovi Cooperovi parovi imaju ukupan kinetički moment nula. Ali u FFLO stanju postoji mala razlika u brzini i stoga kinetički moment nije nula. Do sada, ovo stanje nikada nije pravilno proučavano u eksperimentima.

“Ispunili smo skoro sve preduslove da pripremimo FFLO stanje u našem uređaju,” kaže Ye. “Ali stanje je vrlo krhko i na njega značajno utiču kontaminacije na površini našeg materijala. Stoga ćemo morati ponoviti eksperimente s čistijim uzorcima.”

Sa suspendiranim dvoslojem molibden disulfida, Ye i saradnici imaju sve sastojke potrebne za proučavanje nekih posebnih supravodljivih stanja. “Ovo je zaista fundamentalna nauka koja bi nam mogla donijeti konceptualne promjene.”