V superprevodnih materialih električni tok teče brez kakršnega koli upora. Obstaja kar nekaj praktičnih uporab tega pojava; vendar številna temeljna vprašanja ostajajo še neodgovorjena. Izredni profesor Justin Ye, vodja skupine Device Physics of Complex Materials na Univerzi v Groningenu, je preučeval superprevodnost v dvojni plasti molibdenovega disulfida in odkril nova superprevodna stanja. Rezultati so bili objavljeni v reviji Nature Nanotechnology 4. novembra.

Superprevodnost je bila dokazana v enoplastnih kristalih, na primer molibdenovega disulfida ali volframovega disulfida, ki imajo debelino le treh atomov. "V obeh monoslojih obstaja posebna vrsta superprevodnosti, v kateri notranje magnetno polje ščiti superprevodno stanje pred zunanjimi magnetnimi polji," pojasnjuje Ye. Običajna superprevodnost izgine, ko se uporabi veliko zunanje magnetno polje, vendar je ta Isingova superprevodnost močno zaščitena. Tudi v najmočnejšem statičnem magnetnem polju v Evropi, ki ima moč 37 tesla, se superprevodnost v volframovem disulfidu ne spremeni. Čeprav je super imeti tako močno zaščito, je naslednji izziv najti način za nadzor tega zaščitnega učinka z uporabo električnega polja.

Nova superprevodna stanja

Ye in njegovi sodelavci so preučevali dvojno plast molibdenovega disulfida: "V tej konfiguraciji interakcija med obema slojema ustvarja nova superprevodna stanja." Ye je ustvaril visečo dvojno plast z ionsko tekočino na obeh straneh, ki se lahko uporabi za ustvarjanje električnega polja čez dvosloj. "V posameznem monosloju bo tako polje asimetrično, s pozitivnimi ioni na eni strani in negativnimi naboji, induciranimi na drugi strani. Vendar pa imamo lahko v dvosloju enako količino naboja induciranega na obeh monoslojih, kar ustvarja simetričen sistem,« pojasnjuje Ye. Tako ustvarjeno električno polje bi lahko uporabili za vklop in izklop superprevodnosti. To pomeni, da je bil ustvarjen superprevodni tranzistor, ki ga je mogoče zapreti skozi ionsko tekočino.

V dvojni plasti izgine zaščita Ising pred zunanjimi magnetnimi polji. "To se zgodi zaradi sprememb v interakciji med obema slojema." Vendar lahko električno polje obnovi zaščito. "Raven zaščite postane funkcija tega, kako močno zaprete napravo."

Cooperjevi pari

Poleg ustvarjanja superprevodnega tranzistorja so Ye in njegovi kolegi podali še eno zanimivo opazko. Leta 1964 je bilo napovedano obstoj posebnega superprevodnega stanja, imenovanega stanje FFLO (imenovano po znanstvenikih, ki so to napovedali: Fulde, Ferrell, Larkin in Ovchinnikov). Pri superprevodnosti elektroni potujejo v parih v nasprotnih smereh. Ker potujeta z enako hitrostjo, imata ta Cooperjeva para skupni kinetični moment nič. Toda v stanju FFLO obstaja majhna razlika v hitrosti in zato kinetična količina ni enaka nič. Doslej to stanje še nikoli ni bilo ustrezno raziskano v poskusih.

»Izpolnili smo skoraj vse predpogoje za pripravo stanja FFLO v naši napravi,« pravi Ye. »Toda stanje je zelo krhko in nanj močno vplivajo kontaminacije na površini našega materiala. Zato bomo morali poskuse ponoviti s čistejšimi vzorci.«

S suspendiranim dvoslojem molibdenovega disulfida imajo Ye in sodelavci vse potrebne sestavine za preučevanje nekaterih posebnih superprevodnih stanj. "To je resnično temeljna znanost, ki nam lahko prinese konceptualne spremembe."