A szupravezető anyagokban az elektromos áram ellenállás nélkül folyik. Ennek a jelenségnek jó néhány gyakorlati alkalmazása létezik; sok alapvető kérdés azonban még megválaszolatlan maradt. Justin Ye docens, a Groningeni Egyetem Komplex Anyagok Eszközfizikája csoportjának vezetője egy kettős molibdén-diszulfidréteg szupravezetését tanulmányozta, és új szupravezető állapotokat fedezett fel. Az eredményeket a Nature Nanotechnology folyóiratban tették közzé november 4-én.

Szupravezető képességet mutattak ki például molibdén-diszulfid vagy volfrám-diszulfid egyrétegű kristályaiban, amelyek vastagsága mindössze három atom. "Mindkét egyrétegű rétegben létezik egy speciális szupravezetés, amelyben belső mágneses tér védi a szupravezető állapotot a külső mágneses mezőktől" - magyarázza Ye. A normál szupravezetés megszűnik, ha nagy külső mágneses mezőt alkalmazunk, de ez az Ising szupravezetés erősen védett. A volfrám-diszulfid szupravezetése még Európa legerősebb, 37 Tesla erősségű statikus mágneses terén sem mutat változást. Azonban, bár nagyszerű egy ilyen erős védelem, a következő kihívás az, hogy megtaláljuk a módját ennek a védőhatásnak a szabályozására, elektromos tér alkalmazásával.

Új szupravezető állapotok

Y és munkatársai egy kétrétegű molibdén-diszulfidot tanulmányoztak: „Ebben a konfigurációban a két réteg közötti kölcsönhatás új szupravezető állapotokat hoz létre.” Y egy felfüggesztett kettős réteget hozott létre, ionos folyadékkal mindkét oldalán, amely felhasználható elektromos mező létrehozására a kettős rétegen keresztül. „Az egyes egyrétegű rétegben egy ilyen mező aszimmetrikus lesz, az egyik oldalon pozitív ionok, a másik oldalon negatív töltések indukálódnak. A kettős rétegben azonban mindkét monorétegben azonos mennyiségű töltést indukálhatunk, szimmetrikus rendszert hozva létre” – magyarázza Ye. Az így létrejött elektromos térrel a szupravezetés be- és kikapcsolható volt. Ez azt jelenti, hogy létrejött egy szupravezető tranzisztor, amely átvezethető az ionos folyadékon.

A kettős rétegben az Ising külső mágneses mezők elleni védelem eltűnik. "Ez a két réteg közötti kölcsönhatás megváltozása miatt történik." Az elektromos tér azonban helyreállíthatja a védelmet. "A védelem szintje attól függ, hogy milyen erősen zárja be az eszközt."

Cooper párok

A szupravezető tranzisztor létrehozásán kívül Ye és munkatársai egy másik érdekes megfigyelést is tettek. 1964-ben egy speciális szupravezető állapot létezését jósolták, FFLO-állapotnak (az azt jósló tudósokról nevezték el: Fulde, Ferrell, Larkin és Ovchinnikov). A szupravezetésben az elektronok párban, ellentétes irányban haladnak. Mivel azonos sebességgel haladnak, ezeknek a Cooper-pároknak a teljes kinetikai impulzusa nulla. De FFLO állapotban kis sebességkülönbség van, ezért a kinetikus momentum nem nulla. Eddig ezt az állapotot soha nem vizsgálták megfelelően kísérletekben.

„Majdnem minden előfeltételt teljesítettünk, hogy előkészítsük az FFLO állapotot a készülékünkben” – mondja Ye. „De az állapot nagyon sérülékeny, és jelentősen befolyásolják az anyagunk felületén lévő szennyeződések. Ezért meg kell ismételnünk a kísérleteket tisztább mintákkal."

A molibdén-diszulfid lebegő kettős rétegével Ye és munkatársai rendelkeznek minden olyan összetevővel, amely bizonyos speciális szupravezető állapotok tanulmányozásához szükséges. "Ez valóban alapvető tudomány, amely fogalmi változásokat hozhat számunkra."