În materialele supraconductoare, un curent electric va curge fără nicio rezistență. Există destul de multe aplicații practice ale acestui fenomen; cu toate acestea, multe întrebări fundamentale rămân încă fără răspuns. Profesorul asociat Justin Ye, șeful grupului de Fizica dispozitivelor a materialelor complexe de la Universitatea din Groningen, a studiat supraconductivitatea într-un strat dublu de disulfură de molibden și a descoperit noi stări supraconductoare. Rezultatele au fost publicate în revista Nature Nanotechnology pe 4 noiembrie.

Supraconductivitatea a fost demonstrată în cristale monostrat de, de exemplu, disulfură de molibden sau disulfură de wolfram care au o grosime de doar trei atomi. „În ambele monostraturi, există un tip special de supraconductivitate în care un câmp magnetic intern protejează starea supraconductoare de câmpurile magnetice externe”, explică Ye. Supraconductivitatea normală dispare atunci când este aplicat un câmp magnetic extern mare, dar această supraconductivitate Ising este puternic protejată. Chiar și în cel mai puternic câmp magnetic static din Europa, care are o putere de 37 Tesla, supraconductivitatea în disulfura de wolfram nu prezintă nicio modificare. Totuși, deși este grozav să ai o protecție atât de puternică, următoarea provocare este să găsești o modalitate de a controla acest efect protector, prin aplicarea unui câmp electric.

Noi stări supraconductoare

Ye și colaboratorii săi au studiat un strat dublu de disulfură de molibden: „În acea configurație, interacțiunea dintre cele două straturi creează noi stări supraconductoare.” Ye a creat un strat dublu suspendat, cu un lichid ionic pe ambele părți, care poate fi folosit pentru a crea un câmp electric peste stratul dublu. „În monostratul individual, un astfel de câmp va fi asimetric, cu ioni pozitivi pe o parte și sarcini negative induse pe cealaltă. Cu toate acestea, în stratul dublu, putem avea aceeași cantitate de sarcină indusă la ambele monostraturi, creând un sistem simetric”, explică Ye. Câmpul electric care a fost astfel creat ar putea fi folosit pentru a porni și opri supraconductibilitatea. Aceasta înseamnă că a fost creat un tranzistor supraconductor care ar putea fi blocat prin lichidul ionic.

În stratul dublu, protecția Ising împotriva câmpurilor magnetice externe dispare. „Acest lucru se întâmplă din cauza schimbărilor în interacțiunea dintre cele două straturi.” Cu toate acestea, câmpul electric poate restabili protecția. „Nivelul de protecție devine o funcție a cât de puternic porți dispozitivul.”

Cooper perechi

Pe lângă crearea unui tranzistor supraconductor, Ye și colegii săi au făcut o altă observație intrigantă. În 1964, a fost prezisă existența unei stări supraconductoare speciale, numită stare FFLO (numită după oamenii de știință care au prezis-o: Fulde, Ferrell, Larkin și Ovchinnikov). În supraconductivitate, electronii călătoresc în perechi în direcții opuse. Deoarece călătoresc cu aceeași viteză, aceste perechi Cooper au un impuls cinetic total de zero. Dar în starea FFLO, există o mică diferență de viteză și, prin urmare, impulsul cinetic nu este zero. Până acum, această stare nu a fost niciodată studiată corespunzător în experimente.

„Am îndeplinit aproape toate condițiile preliminare pentru a pregăti starea FFLO în dispozitivul nostru”, spune Ye. „Dar statul este foarte fragil și este afectat semnificativ de contaminările de pe suprafața materialului nostru. Prin urmare, va trebui să repetăm ​​experimentele cu mostre mai curate.”

Cu stratul dublu suspendat de bisulfură de molibden, Ye și colaboratorii au toate ingredientele necesare pentru a studia unele stări superconductoare speciale. „Aceasta este cu adevărat o știință fundamentală care ne-ar putea aduce schimbări conceptuale.”