Süperiletken malzemelerde elektrik akımı herhangi bir direnç olmadan akacaktır. Bu olgunun pek çok pratik uygulaması vardır; ancak pek çok temel soru henüz yanıtlanmamış durumda. Groningen Üniversitesi Karmaşık Malzemelerin Cihaz Fiziği grubunun başkanı Doçent Justin Ye, molibden disülfitin çift katmanında süperiletkenlik üzerinde çalıştı ve yeni süperiletken durumları keşfetti. Sonuçlar 4 Kasım'da Nature Nanoteknoloji dergisinde yayınlandı.

Süperiletkenlik, örneğin molibden disülfür veya tungsten disülfürün yalnızca üç atom kalınlığındaki tek katmanlı kristallerinde gösterilmiştir. Ye, "Her iki tek katmanda da, iç manyetik alanın süper iletkenlik durumunu dış manyetik alanlardan koruduğu özel bir tür süper iletkenlik vardır" diye açıklıyor. Büyük bir dış manyetik alan uygulandığında normal süperiletkenlik kaybolur, ancak bu Ising süperiletkenliği güçlü bir şekilde korunur. Avrupa'nın 37 Tesla gücündeki en güçlü statik manyetik alanında bile tungsten disülfürün süperiletkenliği hiçbir değişiklik göstermiyor. Ancak bu kadar güçlü bir korumaya sahip olmak harika olsa da bir sonraki zorluk, bir elektrik alanı uygulayarak bu koruyucu etkiyi kontrol etmenin bir yolunu bulmaktır.

Yeni süperiletken durumlar

Ye ve işbirlikçileri molibden disülfitin çift katmanını incelediler: "Bu konfigürasyonda, iki katman arasındaki etkileşim yeni süper iletken durumlar yaratıyor." Çift katman boyunca bir elektrik alanı oluşturmak için kullanılabilecek, her iki tarafında da iyonik bir sıvı bulunan, asılı bir çift katman oluşturdunuz. "Bireysel tek tabakada böyle bir alan asimetrik olacak, bir tarafta pozitif iyonlar ve diğer tarafta indüklenen negatif yükler olacak. Bununla birlikte, çift katmanda, her iki tek katmanda da aynı miktarda yükün indüklenmesini sağlayabiliriz, böylece simetrik bir sistem yaratabiliriz," diye açıklıyor Ye. Bu şekilde oluşturulan elektrik alanı, süperiletkenliği açıp kapatmak için kullanılabilir. Bu, iyonik sıvıdan geçebilecek süper iletken bir transistörün yaratıldığı anlamına gelir.

Çift katmanda dış manyetik alanlara karşı Ising koruması ortadan kalkar. "Bu, iki katman arasındaki etkileşimdeki değişiklikler nedeniyle oluyor." Ancak elektrik alanı korumayı yeniden sağlayabilir. "Koruma seviyesi, cihazı ne kadar güçlü bir şekilde kapattığınıza bağlı."

Cooper çiftleri

Ye ve meslektaşları, süper iletken bir transistör yaratmanın yanı sıra ilgi çekici bir gözlem daha yaptı. 1964 yılında, FFLO durumu (bunu öngören bilim adamlarının adı verilmiştir: Fulde, Ferrell, Larkin ve Ovchinnikov) adı verilen özel bir süper iletken durumun var olduğu tahmin edildi. Süper iletkenlikte elektronlar çiftler halinde zıt yönlerde hareket eder. Aynı hızda hareket ettikleri için bu Cooper çiftlerinin toplam kinetik momentumu sıfırdır. Ancak FFLO durumunda küçük bir hız farkı vardır ve bu nedenle kinetik momentum sıfır değildir. Şimdiye kadar bu durum hiçbir zaman deneylerde gerektiği gibi incelenmedi.

Ye, "Cihazımızda FFLO durumunu hazırlamak için neredeyse tüm önkoşulları karşıladık" diyor. "Ancak durum çok kırılgan ve malzememizin yüzeyindeki kirlenmelerden önemli ölçüde etkileniyor. Bu nedenle deneyleri daha temiz örneklerle tekrarlamamız gerekecek."

Molibden disülfürün asılı çift katmanıyla Ye ve işbirlikçileri, bazı özel süperiletken durumları incelemek için gereken tüm bileşenlere sahipler. "Bu bize kavramsal değişiklikler getirebilecek gerçekten temel bir bilimdir."