У надпровідних матеріалах електричний струм протікає без будь-якого опору. Існує чимало практичних застосувань цього явища; однак багато фундаментальних питань залишаються без відповіді. Доцент Джастін Йе, керівник групи фізики пристроїв складних матеріалів в Університеті Гронінгена, вивчав надпровідність у подвійному шарі дисульфіду молібдену та відкрив нові надпровідні стани. Результати були опубліковані в журналі Nature Nanotechnology 4 листопада.

Надпровідність була показана в моношарових кристалах, наприклад, дисульфіду молібдену або дисульфіду вольфраму, які мають товщину всього три атоми. «В обох моношарах існує особливий тип надпровідності, в якому внутрішнє магнітне поле захищає надпровідний стан від зовнішніх магнітних полів», — пояснює Є. Нормальна надпровідність зникає, коли прикладається велике зовнішнє магнітне поле, але ця надпровідність Ізінга сильно захищена. Навіть у найсильнішому статичному магнітному полі в Європі, сила якого становить 37 Тесла, надпровідність дисульфіду вольфраму не змінюється. Однак, незважаючи на те, що це чудово мати такий потужний захист, наступне завдання полягає в тому, щоб знайти спосіб контролювати цей захисний ефект, застосувавши електричне поле.

Нові надпровідні стани

Є та його співробітники досліджували подвійний шар дисульфіду молібдену: «У цій конфігурації взаємодія між двома шарами створює нові надпровідні стани». Йе створив підвішений подвійний шар з іонною рідиною з обох боків, який можна використовувати для створення електричного поля на двошарі. «В окремому моношарі таке поле буде асиметричним, з позитивними іонами з одного боку та індукованими негативними зарядами з іншого. Однак у подвійному шарі ми можемо мати однакову кількість заряду в обох моношарах, створюючи симетричну систему», — пояснює Є. Створене таким чином електричне поле можна використовувати для вмикання та вимикання надпровідності. Це означає, що був створений надпровідний транзистор, який міг бути закритий через іонну рідину.

У подвійному шарі зникає захист Ізінга від зовнішніх магнітних полів. «Це відбувається через зміни у взаємодії між двома шарами». Однак електричне поле може відновити захист. «Рівень захисту стає функцією того, наскільки сильно ви закриваєте пристрій».

Бондарні пари

Окрім створення надпровідного транзистора, Є та його колеги зробили ще одне інтригуюче спостереження. У 1964 році було передбачено існування особливого надпровідного стану, названого станом FFLO (за назвою вчених, які його передбачили: Фульде, Феррелл, Ларкін і Овчинников). У надпровідності електрони рухаються парами в протилежних напрямках. Оскільки вони рухаються з однаковою швидкістю, ці пари Купера мають загальний кінетичний імпульс, який дорівнює нулю. Але в стані FFLO існує невелика різниця швидкості, тому кінетичний момент не дорівнює нулю. Досі цей стан ніколи належним чином не досліджувався в експериментах.

«Ми виконали майже всі передумови для підготовки стану FFLO в нашому пристрої», — говорить Є. «Але стан дуже крихкий і на нього значно впливають забруднення на поверхні нашого матеріалу. Тому нам доведеться повторити експерименти з більш чистими зразками».

Завдяки підвішеному подвійному шару дисульфіду молібдену Є та його співробітники мають усі інгредієнти, необхідні для вивчення деяких особливих надпровідних станів. «Це справді фундаментальна наука, яка може принести нам концептуальні зміни».