En els materials superconductors, un corrent elèctric fluirà sense cap resistència. Hi ha força aplicacions pràctiques d'aquest fenomen; tanmateix, encara queden moltes preguntes fonamentals sense resposta. El professor associat Justin Ye, cap del grup de Física de dispositius de materials complexos de la Universitat de Groningen, va estudiar la superconductivitat en una doble capa de disulfur de molibdè i va descobrir nous estats superconductors. Els resultats es van publicar a la revista Nature Nanotechnology el 4 de novembre.

La superconductivitat s'ha demostrat en cristalls monocapa de, per exemple, disulfur de molibdè o disulfur de tungstè que tenen un gruix de només tres àtoms. "En ambdues monocapes, hi ha un tipus especial de superconductivitat en què un camp magnètic intern protegeix l'estat superconductor dels camps magnètics externs", explica Ye. La superconductivitat normal desapareix quan s'aplica un camp magnètic extern gran, però aquesta superconductivitat d'Ising està fortament protegida. Fins i tot en el camp magnètic estàtic més fort d'Europa, que té una força de 37 Tesla, la superconductivitat del disulfur de tungstè no mostra cap canvi. Tanmateix, tot i que és fantàstic tenir una protecció tan forta, el següent repte és trobar una manera de controlar aquest efecte protector, aplicant un camp elèctric.

Nous estats superconductors

Ye i els seus col·laboradors van estudiar una doble capa de disulfur de molibdè: "En aquesta configuració, la interacció entre les dues capes crea nous estats superconductors". Ye va crear una doble capa suspesa, amb un líquid iònic a ambdós costats que es pot utilitzar per crear un camp elèctric a través de la bicapa. "A la monocapa individual, aquest camp serà asimètric, amb ions positius d'un costat i càrregues negatives induïdes per l'altre. Tanmateix, a la bicapa, podem tenir la mateixa quantitat de càrrega induïda a les dues monocapes, creant un sistema simètric", explica Ye. El camp elèctric que es va crear així es podria utilitzar per activar i apagar la superconductivitat. Això vol dir que es va crear un transistor superconductor que es podia controlar a través del líquid iònic.

A la doble capa, la protecció Ising contra camps magnètics externs desapareix. "Això passa a causa dels canvis en la interacció entre les dues capes". Tanmateix, el camp elèctric pot restaurar la protecció. "El nivell de protecció esdevé una funció de la força amb què tanqueu el dispositiu".

Cooper parelles

A part de crear un transistor superconductor, Ye i els seus col·legues van fer una altra observació intrigant. El 1964, es va predir que existia un estat superconductor especial, anomenat estat FFLO (anomenat així pels científics que el van predir: Fulde, Ferrell, Larkin i Ovchinnikov). En la superconductivitat, els electrons viatgen en parells en direccions oposades. Com que viatgen a la mateixa velocitat, aquests parells de Cooper tenen un moment cinètic total de zero. Però en l'estat FFLO, hi ha una petita diferència de velocitat i, per tant, el moment cinètic no és zero. Fins ara, aquest estat mai s'ha estudiat adequadament en experiments.

"Hem complert gairebé tots els requisits previs per preparar l'estat FFLO al nostre dispositiu", diu Ye. “Però l'estat és molt fràgil i es veu significativament afectat per contaminacions a la superfície del nostre material. Per tant, haurem de repetir els experiments amb mostres més netes".

Amb la bicapa suspesa de bisulfur de molibdè, Ye i els seus col·laboradors tenen tots els ingredients necessaris per estudiar alguns estats superconductors especials. "Aquesta és una ciència realment fonamental que ens pot aportar canvis conceptuals".