Считалось, что один материал не может обладать сразу же сверхпроводящими и магнитными свойствами. Физики обнаружили такого рода сверхпроводник — ромбоэдрический графен.
Графит, пишущая часть карандашей, — это множество слоев графена, листов углерода толщиной в один атом. В графите эти листы лежат друг на друге, связь между ними слабая, поэтому графит легко расслоить и карандаш оставляет следы на бумаге. Обычно слои графена лежат друг на друге со сдвигом, повторяясь через один. Но иногда встречаются небольшие участки, где графен уложен в другую конфигурацию: со слоями, смещенными как ступени лестницы. В такой комбинации атомы углерода… располагаются Структура материала формируется в виде ромба, а само пространство имеет такую же форму.
Физики Массачусетского технологического института (MITУчёные из США обнаружили, что при складывании четырёх или пяти слоёв графена в «ромбоэдрической» конфигурации возникают особые свойства. Полученная структура — «хиральный сверхпроводник» — проводит электричество без сопротивления и обладает внутренней намагниченностью. опубликована в журнале Nature.
Эта команда физиков давно изучает Пятислойный ромбоэдрический графен обладает свойством разделять электроны на фракции при размещении под ним нитрида бора в конкретном угле.
Исследователи изучали поведение разделенных электронов в различных условиях. Установлено, что при охлаждении до 300 милликельвинов материал становится сверхпроводником: электрический ток протекает через него без сопротивления. Изменение внешнего магнитного поля вызывает переключение материала между двумя разными сверхпроводящими состояниями. Это свидетельствует о наличии внутренней намагниченности у данного сверхпроводника, чего не наблюдается у других типов сверхпроводников.
При изменении полярности магнитного поля учеными материл… сохранял Материалом обладал сверхпроводящее состояние, за исключением двух коротких моментов, по одному для каждой полярности. В эти мгновения сопротивление увеличивалось, а затем вновь возвращалось к нулю, и материал снова становился сверхпроводящим.
Если бы это был обычный сверхпроводник, сопротивление оставалось бы нулевым до тех пор, пока магнитное поле не достигло критической точки, после чего сверхпроводимость исчезла бы. Вместо этого этот материал переключается между двумя сверхпроводящими состояниями, подобно магниту, который сначала ориентирован вверх, а затем может измениться на вниз при воздействии магнитного поля. Это сверхпроводник, ведящий себя как магнит, и это полное удивление, — говорит Зах Хаджри. Zach Hadjri), один из авторов статьи.
Команда подтвердила обнаруженный эффект на шести образцах. Ученые предполагают, что уникальная конфигурация ромбоэдрического графена является ключевым условием для проявления свойств материала. Материал имеет простую структуру атомов углерода. При охлаждении до сверхнизких температур тепловые колебания сводятся к минимуму, что позволяет электронам, проходящим через материал, замедляться, чувствовать друг друга и взаимодействовать.
Такие квантовые взаимодействия способны вызвать образование электронных пар и сверхпроводимость. Взаимодействия эти также могут способствовать Согласованное поведение электронов обуславливает возможность для них занимать одно из двух противоположных состояний импульса или энергетических «долин». При нахождении всех электронов в одной долине «вращение» происходит в одном направлении.
В классических сверхпроводниках электроны могут располагаться в любых энергетических уровнях, и каждая пара электронов обычно образована электронами из разных уровней, которые взаимно гасят друг друга. В итоге пара обладает общим импульсом равным нулю и не вращается.
Ученые обнаружили структуру, где все электроны взаимодействуют так, что разделяют одно и то же состояние импульса. При объединении электронов в пары сверхпроводящая пара приобретает ненулевой импульс и вращение. Вместе со многими другими парами это ведет к… может создавать внутреннюю сверхпроводящую намагниченность.
Можно представить, что два электрона в паре вращаются по часовой стрелке или против неё, что соответствует магниту, направленному вверх или вниз.
Предполагают, что это первое наблюдение сверхпроводника, ведущего себя как магнит, благодаря орбитальному движению электронов.
Это хиральный сверхпроводник, уникальный случай. Он также является кандидатом в топологические сверхпроводники, что может обеспечить устойчивые квантовые вычисления. Tonghang Han), другой автор статьи.