Сверхпроводник на основе графена проигнорировал магнитное поле

Технологии

ТАСС, 21 июля. Физики выяснили, что так называемый муаровый графен можно превратить в уникальный сверхпроводник, который не теряет своих свойств, даже попав в сверхмощные магнитные поля. Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature.

На эту темуПобит рекорд температуры для сверхпроводимости

"Наш материал относится к так называемым спин-триплетным сверхпроводникам. С помощью материалов такого рода, например, можно улучшить работу квантовых компьютеров. [Надеемся, что] дальнейшие опыты с трехслойным графеном и другими веществами позволят нам создать подобные сверхпроводники. Это станет большим прорывом в области квантовых вычислений", – считает один из разработчиков, профессор Массачусетского технологического института Пабло Харильо-Эрреро.

Графен – это одиночный слой атомов углерода, которые соединены между собой структурой химических связей, напоминающих структуру пчелиных сот. За получение и изучение первых образцов графена присудили Нобелевскую премию по физике 2010 года – награду получили выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм.

В дальнейшем ученые выяснили, что материалы на основе графена отличаются экзотическими свойствами. К примеру, два года назад Харильо-Эрреро и его коллеги случайно превратили графен в экзотический изоляторо-сверхпроводник, склеив два кусочка этого материала под определенным углом (1,1 °) и получив "муаровый" узор.

При таком положении листов графена атомы углерода начинают сильно влиять на то, как внутри всей конструкции движутся электроны. Если повернуть один из листов графена на определенный угол , носители тока начинают двигаться без потерь энергии, подобно парам электронов в сверхпроводниках. При небольших отклонениях от этого угла в результате взаимодействий электронов возникает непреодолимый барьер для других частиц. Вещества, в которых возникает подобное явление, физики называют изоляторами Мотта.

Узнав, что подобные свойства могут отличать двуслойный графен, исследователи в надежде открыть новые разновидности сверхпроводников стали активно изучать аналогичные конструкции из графена и других двумерных материалов. К примеру, недавно выяснилось, что у трехслойного "муарового" графена, один из листов которого повернут относительно других на 1,56 °, свойства еще более необычные. В частности, у него была необычно высокая температура сверхпроводимости, поэтому физики решили детально изучить, как электроны движутся внутри этого материала и как они реагируют на внешние магнитные поля (обычно в их присутствии сверхпроводники) теряют свои свойства.

К удивлению Харильо-Эрреры и его коллег, созданный ими материал вел себя совсем не так, как предсказывает классическая теория сверхпроводимости. В частности, трехслойный графен сохранял сверхпроводящие свойства, даже когда ученые воздействовали на него магнитными полями около 10 тесла. Это примерно в два-три раза выше предела, который могут выдержать остальные сверхпроводники. Как правило, в таких условиях они полностью теряют свои свойства и не восстанавливают их даже после исчезновения магнитного поля.

Поэтому физики считают, что "муаровый" графен – это экзотический сверхпроводник, в котором пары связанных электронов могут занимать не одно, а три разных состояния. Теоретики предсказали существование таких соединений, спин-триплетных сверхпроводников, еще несколько десятилетий назад, однако первые примеры их существования были открыты лишь в 2018 году.

Харильо-Эррера и его коллеги надеются, что дальнейшее изучение подобных свойств у графена откроет дорогу для массового практического применения этой формы сверхпроводников. В частности, их можно будет использовать для создания сверхмощных систем магнитно-резонансной томографии, а также квантовых компьютеров, идеально защищенных от помех.

Источник: tass.ru

Оцените статью