Superlaidžiose medžiagose elektros srovė tekės be jokios varžos. Yra nemažai šio reiškinio praktinių pritaikymų; tačiau daugelis esminių klausimų lieka neatsakyti. Docentas Justinas Ye, Groningeno universiteto Sudėtingų medžiagų fizikos įrenginių grupės vadovas, tyrinėjo superlaidumą dvigubame molibdeno disulfido sluoksnyje ir atrado naujas superlaidžias būsenas. Rezultatai buvo paskelbti žurnale Nature Nanotechnology lapkričio 4 d.

Superlaidumas buvo parodytas vienasluoksniuose kristaluose, pavyzdžiui, molibdeno disulfido arba volframo disulfido, kurių storis yra tik trys atomai. „Abiejuose vienasluoksniuose sluoksniuose yra specialus superlaidumo tipas, kuriame vidinis magnetinis laukas apsaugo superlaidžią būseną nuo išorinių magnetinių laukų“, – aiškina Ye. Normalus superlaidumas išnyksta, kai veikia didelis išorinis magnetinis laukas, tačiau šis Ising superlaidumas yra stipriai apsaugotas. Netgi stipriausiame statiniame magnetiniame lauke Europoje, kurio stiprumas siekia 37 teslos, volframo disulfido superlaidumas nesikeičia. Tačiau, nors puiku turėti tokią stiprią apsaugą, kitas iššūkis – rasti būdą, kaip suvaldyti šį apsauginį poveikį, panaudojant elektrinį lauką.

Naujos superlaidžios būsenos

Jūs ir jo bendradarbiai ištyrė dvigubą molibdeno disulfido sluoksnį: „Tokioje konfigūracijoje dviejų sluoksnių sąveika sukuria naujas superlaidžias būsenas. Jūs sukūrėte pakabinamą dvigubą sluoksnį, kurio abiejose pusėse yra joninis skystis, kuris gali būti naudojamas sukurti elektrinį lauką per dvisluoksnį sluoksnį. „Atskirame vienasluoksniame sluoksnyje toks laukas bus asimetriškas, vienoje pusėje bus teigiami jonai, o kitoje – neigiami krūviai. Tačiau dvisluoksnyje galime turėti tokį patį krūvį, sukeltą abiejuose viename sluoksnyje, sukurdami simetrišką sistemą“, – aiškina Ye. Taip sukurtas elektrinis laukas gali būti naudojamas superlaidumui įjungti ir išjungti. Tai reiškia, kad buvo sukurtas superlaidus tranzistorius, kuris gali būti įjungtas per joninį skystį.

Dvigubame sluoksnyje dingsta Ising apsauga nuo išorinių magnetinių laukų. "Taip atsitinka dėl dviejų sluoksnių sąveikos pokyčių." Tačiau elektrinis laukas gali atkurti apsaugą. „Apsaugos lygis priklauso nuo to, kaip stipriai užtveriate įrenginį.

Kuperio poros

Be superlaidaus tranzistoriaus sukūrimo, Ye ir jo kolegos padarė dar vieną intriguojantį pastebėjimą. 1964 metais buvo prognozuojama, kad egzistuoja ypatinga superlaidi būsena, vadinama FFLO būsena (pavadinta ją numatusių mokslininkų Fulde, Ferrell, Larkin ir Ovchinnikovo vardu). Esant superlaidumui, elektronai keliauja poromis priešingomis kryptimis. Kadangi šios Cooper poros važiuoja tuo pačiu greičiu, jų bendras kinetinis impulsas yra lygus nuliui. Tačiau FFLO būsenoje yra nedidelis greičio skirtumas, todėl kinetinis impulsas nėra lygus nuliui. Iki šiol ši būsena niekada nebuvo tinkamai ištirta eksperimentuose.

„Mes įvykdėme beveik visas būtinas sąlygas, kad galėtume paruošti FFLO būseną mūsų įrenginyje“, – sako Ye. „Tačiau valstybė yra labai trapi ir jai didelę įtaką daro mūsų medžiagos paviršiaus užterštumas. Todėl turėsime pakartoti eksperimentus su švaresniais pavyzdžiais.

Su suspenduotu dvigubu molibdeno disulfido sluoksniu Ye ir bendradarbiai turi visus ingredientus, reikalingus kai kurioms ypatingoms superlaidžioms būsenoms ištirti. „Tai tikrai fundamentalus mokslas, galintis atnešti mums konceptualių pokyčių.