Ülijuhtivates materjalides voolab elektrivool ilma takistuseta. Sellel nähtusel on üsna palju praktilisi rakendusi; aga paljud põhimõttelised küsimused on siiani vastuseta. Groningeni ülikooli keerukate materjalide seadmefüüsika töörühma juht dotsent Justin Ye uuris ülijuhtivust kahekordses molübdeendisulfiidikihis ja avastas uusi ülijuhtivaid olekuid. Tulemused avaldati 4. novembril ajakirjas Nature Nanotechnology.

Ülijuhtivust on näidatud näiteks molübdeendisulfiidi või volframidisulfiidi ühekihilistes kristallides, mille paksus on vaid kolm aatomit. "Mõlemas monokihis on spetsiaalne ülijuhtivuse tüüp, milles sisemine magnetväli kaitseb ülijuhtivat olekut väliste magnetväljade eest," selgitab Ye. Tavaline ülijuhtivus kaob, kui rakendatakse suurt välist magnetvälja, kuid see Isingi ülijuhtivus on tugevalt kaitstud. Isegi Euroopa tugevaimas staatilises magnetväljas, mille tugevus on 37 Teslat, ei näita volframdisulfiidi ülijuhtivus mingit muutust. Kuid kuigi nii tugev kaitse on suurepärane, on järgmiseks väljakutseks leida viis selle kaitseefekti kontrollimiseks elektrivälja rakendamisega.

Uued ülijuhtivad olekud

Sina ja tema kaastöötajad uurisid kahekordset molübdeendisulfiidi kihti: "Selles konfiguratsioonis loob kahe kihi vaheline interaktsioon uusi ülijuhtivaid olekuid." Te lõite rippuva topeltkihi, mille mõlemal küljel on ioonne vedelik, mida saab kasutada kahekihilise elektrivälja tekitamiseks. "Individuaalses monokihis on selline väli asümmeetriline, ühel küljel on positiivsed ioonid ja teisel pool on indutseeritud negatiivsed laengud. Kuid kahekihilises kihis võib mõlemas monokihis indutseerida sama palju laengut, luues sümmeetrilise süsteemi, "selgitab Ye. Nii tekkinud elektrivälja sai kasutada ülijuhtivuse sisse- ja väljalülitamiseks. See tähendab, et loodi ülijuhtiv transistor, mida saab juhtida läbi ioonse vedeliku.

Topeltkihis kaob Isingu kaitse väliste magnetväljade eest. "See juhtub kahe kihi vahelise interaktsiooni muutuste tõttu." Elektriväli võib aga kaitse taastada. "Kaitsetase sõltub sellest, kui tugevalt te seadet piirate."

Cooperi paarid

Lisaks ülijuhtiva transistori loomisele tegi Ye ja tema kolleegid veel ühe intrigeeriva tähelepaneku. 1964. aastal ennustati erilise ülijuhtiva oleku olemasolu, nimega FFLO olek (nimetatud seda ennustanud teadlaste järgi: Fulde, Ferrell, Larkin ja Ovtšinnikov). Ülijuhtivuse korral liiguvad elektronid paarikaupa vastassuundades. Kuna nad liiguvad sama kiirusega, on nende Cooperi paaride kogu kineetiline impulss null. Kuid FFLO olekus on kiiruse erinevus väike ja seetõttu ei ole kineetiline impulss null. Seni pole seda olekut kunagi katsetes korralikult uuritud.

"Oleme täitnud peaaegu kõik eeldused FFLO oleku ettevalmistamiseks meie seadmes," ütleb Ye. "Kuid riik on väga habras ja seda mõjutavad oluliselt meie materjali pinnal olevad saastused. Seetõttu peame katseid kordama puhtamate proovidega.

Molübdeendisulfiidi suspendeeritud kaksikkihiga on Yel ja kaastöötajatel kõik koostisosad, mis on vajalikud mõne erilise ülijuhtiva oleku uurimiseks. "See on tõeliselt fundamentaalne teadus, mis võib tuua meile kontseptuaalseid muudatusi."