초전도체에서는 저항 없이 전류가 흐른다. 이 현상을 실제로 적용할 수 있는 사례는 꽤 많습니다. 그러나 많은 근본적인 질문은 아직 답이 없습니다. 흐로닝언 대학교 복합 재료의 소자 물리학 그룹 책임자인 저스틴 예 부교수는 이황화 몰리브덴 이중층의 초전도성을 연구하고 새로운 초전도 상태를 발견했습니다. 이번 연구 결과는 11월 4일 Nature Nanotechnology 저널에 게재됐다.

초전도성은 원자 3개 두께의 이황화 몰리브덴이나 이황화 텅스텐과 같은 단층 결정에서 나타났습니다. 두 단층 모두 내부 자기장이 외부 자기장으로부터 초전도 상태를 보호하는 특별한 유형의 초전도성이 있다고 Ye는 설명합니다. 큰 외부 자기장이 가해지면 정상적인 초전도성은 사라지지만, 이 이싱 초전도성은 강력하게 보호된다. 37테슬라의 세기를 지닌 유럽에서 가장 강한 정자기장에서도 이황화텅스텐의 초전도성은 아무런 변화를 보이지 않는다. 그러나 이렇게 강력한 보호 기능이 있다는 것은 훌륭하지만 다음 과제는 전기장을 적용하여 이러한 보호 효과를 제어하는 ​​방법을 찾는 것입니다.

새로운 초전도 상태

Ye와 그의 동료들은 이황화 몰리브덴의 이중층을 연구했습니다. "이러한 구성에서 두 층 사이의 상호 작용은 새로운 초전도 상태를 생성합니다." Ye는 이중층 전체에 전기장을 생성하는 데 사용할 수 있는 이온성 액체가 양쪽에 있는 부유 이중층을 만들었습니다. “개별 단층에서 그러한 장(field)은 비대칭이 되어 한쪽에는 양이온이, 다른 쪽에는 음전하가 유도됩니다. 그러나 이중층에서는 두 단층 모두에서 동일한 양의 전하가 유도되어 대칭 시스템을 만들 수 있습니다.”라고 Ye는 설명합니다. 이렇게 생성된 전기장은 초전도성을 켜고 끄는 데 사용될 수 있습니다. 이는 이온성 액체를 통해 게이트될 수 있는 초전도 트랜지스터가 생성되었음을 의미합니다.

이중층에서는 외부 자기장에 대한 아이싱 보호가 사라집니다. "이것은 두 레이어 간의 상호 작용 변화로 인해 발생합니다." 그러나 전기장은 보호 기능을 복원할 수 있습니다. "보호 수준은 장치를 얼마나 강하게 게이트하는지에 따라 결정됩니다."

쿠퍼 쌍

초전도 트랜지스터를 만드는 것 외에도 Ye와 그의 동료들은 또 다른 흥미로운 관찰을 했습니다. 1964년에 FFLO 상태(이를 예측한 과학자들: Fulde, Ferrell, Larkin 및 Ovchinnikov의 이름을 따서 명명)라고 불리는 특별한 초전도 상태가 존재할 것으로 예측되었습니다. 초전도에서는 전자가 쌍을 이루어 반대 방향으로 이동합니다. 동일한 속도로 이동하므로 이 쿠퍼 쌍의 총 운동량은 0입니다. 그러나 FFLO 상태에서는 속도 차이가 작으므로 운동량은 0이 아닙니다. 지금까지 이 상태는 실험에서 제대로 연구된 적이 없습니다.

"우리는 장치에서 FFLO 상태를 준비하기 위한 거의 모든 전제 조건을 충족했습니다."라고 Ye는 말합니다. “그러나 상태는 매우 취약하며 재료 표면의 오염으로 인해 심각한 영향을 받습니다. 따라서 더 깨끗한 샘플을 사용하여 실험을 반복해야 합니다.”

이황화 몰리브덴의 부유 이중층을 통해 Ye와 동료들은 특별한 초전도 상태를 연구하는 데 필요한 모든 재료를 갖추고 있습니다. "이것은 우리에게 개념적 변화를 가져올 수 있는 진정한 기초 과학입니다."