U supravodljivim materijalima električna struja će teći bez otpora. Postoji dosta praktičnih primjena ovog fenomena; međutim, mnoga temeljna pitanja još uvijek ostaju bez odgovora. Izvanredni profesor Justin Ye, voditelj grupe za fiziku uređaja složenih materijala na Sveučilištu u Groningenu, proučavao je supravodljivost u dvostrukom sloju molibden disulfida i otkrio nova supravodljiva stanja. Rezultati su objavljeni u časopisu Nature Nanotechnology 4. studenog.

Supravodljivost je prikazana u jednoslojnim kristalima, na primjer, molibden disulfida ili volfram disulfida koji imaju debljinu od samo tri atoma. "U oba monosloja postoji posebna vrsta supravodljivosti u kojoj unutarnje magnetsko polje štiti supravodljivo stanje od vanjskih magnetskih polja", objašnjava Ye. Normalna supravodljivost nestaje kada se primijeni veliko vanjsko magnetsko polje, ali ova Isingova supravodljivost je snažno zaštićena. Čak ni u najjačem statičkom magnetskom polju u Europi, koje ima snagu od 37 Tesla, supravodljivost u volfram disulfidu ne pokazuje nikakve promjene. No, iako je sjajno imati tako jaku zaštitu, sljedeći izazov je pronaći način za kontrolu ovog zaštitnog učinka, primjenom električnog polja.

Nova supravodljiva stanja

Ye i njegovi suradnici proučavali su dvostruki sloj molibden disulfida: "U toj konfiguraciji, interakcija između dva sloja stvara nova supravodljiva stanja." Ye je stvorio viseći dvostruki sloj, s ionskom tekućinom s obje strane koja se može koristiti za stvaranje električnog polja preko dvosloja. “U pojedinačnom monosloju, takvo će polje biti asimetrično, s pozitivnim ionima s jedne strane i induciranim negativnim nabojima s druge strane. Međutim, u dvosloju možemo imati istu količinu induciranog naboja na oba monosloja, stvarajući simetričan sustav,” objašnjava Ye. Električno polje koje je tako stvoreno moglo se koristiti za uključivanje i isključivanje supravodljivosti. To znači da je stvoren supravodljivi tranzistor koji se može provući kroz ionsku tekućinu.

U dvostrukom sloju nestaje Ising zaštita od vanjskih magnetskih polja. "To se događa zbog promjena u interakciji između dva sloja." Međutim, električno polje može vratiti zaštitu. "Razina zaštite ovisi o tome koliko snažno zatvarate uređaj."

Cooper parovi

Osim stvaranja supravodljivog tranzistora, Ye i njegovi kolege došli su do još jednog intrigantnog opažanja. Godine 1964. predviđeno je postojanje posebnog supravodljivog stanja, nazvanog FFLO stanje (nazvano po znanstvenicima koji su ga predvidjeli: Fulde, Ferrell, Larkin i Ovchinnikov). U supravodljivosti elektroni putuju u parovima u suprotnim smjerovima. Budući da putuju istom brzinom, ovi Cooperovi parovi imaju ukupni kinetički moment jednak nuli. Ali u stanju FFLO postoji mala razlika u brzini i stoga kinetički moment nije nula. Do sada ovo stanje nikada nije valjano proučavano u eksperimentima.

“Ispunili smo gotovo sve preduvjete za pripremu FFLO stanja u našem uređaju,” kaže Ye. “Ali stanje je vrlo krhko i na njega značajno utječu onečišćenja na površini našeg materijala. Stoga ćemo morati ponoviti eksperimente s čišćim uzorcima.”

Uz suspendirani dvosloj molibden disulfida, Ye i suradnici imaju sve sastojke potrebne za proučavanje nekih posebnih supravodljivih stanja. "Ovo je doista temeljna znanost koja bi nam mogla donijeti konceptualne promjene."