V supravodivých materiáloch bude prúdiť elektrický prúd bez akéhokoľvek odporu. Existuje pomerne málo praktických aplikácií tohto javu; mnohé zásadné otázky však stále zostávajú nezodpovedané. Docent Justin Ye, vedúci skupiny Device Physics of Complex Materials na Univerzite v Groningene, študoval supravodivosť v dvojitej vrstve disulfidu molybdénového a objavil nové supravodivé stavy. Výsledky boli zverejnené v časopise Nature Nanotechnology 4. novembra.

Supravodivosť bola preukázaná v jednovrstvových kryštáloch, napríklad disulfidu molybdénu alebo disulfidu volfrámu, ktoré majú hrúbku len tri atómy. "V oboch monovrstvách existuje špeciálny typ supravodivosti, v ktorom vnútorné magnetické pole chráni supravodivý stav pred vonkajšími magnetickými poľami, " vysvetľuje Ye. Normálna supravodivosť zmizne, keď sa aplikuje veľké vonkajšie magnetické pole, ale táto Isingova supravodivosť je silne chránená. Ani v najsilnejšom statickom magnetickom poli v Európe, ktoré má silu 37 Tesla, sa supravodivosť v disulfide volfrámu nijako nemení. Napriek tomu, že je skvelé mať takú silnú ochranu, ďalšou výzvou je nájsť spôsob, ako kontrolovať tento ochranný účinok pomocou elektrického poľa.

Nové supravodivé stavy

Ye a jeho spolupracovníci študovali dvojitú vrstvu sulfidu molybdénu: "V tejto konfigurácii interakcia medzi dvoma vrstvami vytvára nové supravodivé stavy." Ye vytvoril zavesenú dvojitú vrstvu s iónovou kvapalinou na oboch stranách, ktorú možno použiť na vytvorenie elektrického poľa cez dvojvrstvu. „V jednotlivej monovrstve bude takéto pole asymetrické, s kladnými iónmi na jednej strane a zápornými nábojmi indukovanými na druhej strane. V dvojvrstve však môžeme mať na oboch monovrstvách indukované rovnaké množstvo náboja, čím sa vytvorí symetrický systém, “ vysvetľuje Ye. Takto vytvorené elektrické pole by sa dalo použiť na zapínanie a vypínanie supravodivosti. To znamená, že bol vytvorený supravodivý tranzistor, ktorý by mohol byť hradlovaný cez iónovú kvapalinu.

V dvojitej vrstve zaniká ochrana Ising proti vonkajším magnetickým poliam. "To sa deje kvôli zmenám v interakcii medzi týmito dvoma vrstvami." Elektrické pole však môže obnoviť ochranu. "Úroveň ochrany sa stáva funkciou toho, ako silne zablokujete zariadenie."

Cooper páry

Okrem vytvorenia supravodivého tranzistora Ye a jeho kolegovia urobili ďalšie zaujímavé pozorovanie. V roku 1964 bola predpovedaná existencia špeciálneho supravodivého stavu, nazývaného stav FFLO (pomenovaný podľa vedcov, ktorí ho predpovedali: Fulde, Ferrell, Larkin a Ovchinnikov). V supravodivosti sa elektróny pohybujú v pároch v opačných smeroch. Keďže sa pohybujú rovnakou rýchlosťou, majú tieto Cooperove páry celkovú kinetickú hybnosť nulovú. Ale v stave FFLO je malý rozdiel rýchlosti a preto kinetická hybnosť nie je nulová. Doteraz sa tento stav nikdy v experimentoch poriadne neskúmal.

„Splnili sme takmer všetky predpoklady na prípravu stavu FFLO v našom zariadení,“ hovorí Ye. „Štát je však veľmi krehký a výrazne ho ovplyvňujú kontaminácie na povrchu nášho materiálu. Budeme preto musieť zopakovať experimenty s čistejšími vzorkami.

Vďaka suspendovanej dvojvrstve sulfidu molybdénu má Ye a jeho spolupracovníci všetky zložky potrebné na štúdium niektorých špeciálnych supravodivých stavov. "Toto je skutočne základná veda, ktorá nám môže priniesť koncepčné zmeny."