V supravodivých materiálech bude proudit elektrický proud bez jakéhokoli odporu. Praktických aplikací tohoto jevu je poměrně dost; mnoho zásadních otázek však zůstává dosud nezodpovězeno. Docent Justin Ye, vedoucí skupiny Device Physics of Complex Materials na University of Groningen, studoval supravodivost ve dvojité vrstvě disulfidu molybdeničitého a objevil nové supravodivé stavy. Výsledky byly zveřejněny v časopise Nature Nanotechnology dne 4. listopadu.

Supravodivost byla prokázána v jednovrstvých krystalech, například disulfidu molybdenu nebo disulfidu wolframu, které mají tloušťku pouhé tři atomy. "V obou monovrstvách existuje speciální typ supravodivosti, ve kterém vnitřní magnetické pole chrání supravodivý stav před vnějšími magnetickými poli," vysvětluje Ye. Normální supravodivost zmizí, když je aplikováno velké vnější magnetické pole, ale tato Isingova supravodivost je silně chráněna. Ani v nejsilnějším statickém magnetickém poli v Evropě, které má sílu 37 Tesla, nevykazuje supravodivost v disulfidu wolframu žádnou změnu. Ačkoli je skvělé mít tak silnou ochranu, dalším úkolem je najít způsob, jak tento ochranný účinek ovládat aplikací elektrického pole.

Nové supravodivé stavy

Ye a jeho spolupracovníci studovali dvojitou vrstvu sirníku molybdeničitého: "V této konfiguraci vytváří interakce mezi dvěma vrstvami nové supravodivé stavy." Vytvořili jste zavěšenou dvojitou vrstvu s iontovou kapalinou na obou stranách, kterou lze použít k vytvoření elektrického pole napříč dvojvrstvou. „V jednotlivé monovrstvě bude takové pole asymetrické, s kladnými ionty na jedné straně a zápornými náboji indukovanými na druhé. Ve dvojvrstvě však můžeme mít na obou monovrstvách indukované stejné množství náboje, čímž vzniká symetrický systém,“ vysvětluje Ye. Elektrické pole, které se takto vytvořilo, bylo možné použít k zapínání a vypínání supravodivosti. To znamená, že byl vytvořen supravodivý tranzistor, který by mohl být hradlován iontovou kapalinou.

Ve dvojité vrstvě mizí ochrana Ising proti vnějším magnetickým polím. "To se děje kvůli změnám v interakci mezi těmito dvěma vrstvami." Elektrické pole však může obnovit ochranu. "Úroveň ochrany se stává funkcí toho, jak silně zařízení hradíte."

Cooper páry

Kromě vytvoření supravodivého tranzistoru učinil Ye a jeho kolegové další zajímavé pozorování. V roce 1964 byla předpovězena existence speciálního supravodivého stavu, nazývaného stav FFLO (pojmenovaný podle vědců, kteří jej předpověděli: Fulde, Ferrell, Larkin a Ovchinnikov). V supravodivosti se elektrony pohybují v párech v opačných směrech. Protože se pohybují stejnou rychlostí, mají tyto Cooperovy páry celkovou kinetickou hybnost nulovou. Ale ve stavu FFLO je malý rozdíl rychlostí a proto kinetická hybnost není nulová. Doposud tento stav nebyl nikdy řádně experimentálně prozkoumán.

„Splnili jsme téměř všechny předpoklady pro přípravu stavu FFLO v našem zařízení,“ říká Ye. „Stát je ale velmi křehký a je výrazně ovlivněn kontaminacemi na povrchu našeho materiálu. Budeme proto muset zopakovat experimenty s čistšími vzorky."

Díky suspendované dvojvrstvě disulfidu molybdeničitého mají Ye a jeho spolupracovníci všechny ingredience potřebné ke studiu některých speciálních supravodivých stavů. "Toto je skutečně základní věda, která nám může přinést koncepční změny."