A tudósok egy megfoghatatlan szupravezető állapotot fedeztek fel, amelyet először 2017-ben jósoltak meg

A Groningeni Egyetem tudósai és nemzetközi partnereik megerősítették a szupravezető állapot, az FFLO létezését, amelyet elméletileg 2017-ben jósoltak meg. Eszközük, amely kétrétegű molibdén-diszulfidot használ ennek az állapotnak a szabályozására, nagyban előremozdíthatja a szupravezető elektronika területén.

Egy úttörő kísérletben a Groningeni Egyetem kutatói együttműködtek a holland Nijmegen és Twente Egyetem, valamint a kínai Harbin Institute of Technology munkatársaival. Együtt megerősítették a szupravezető állapot létezését, amelyet először 2017-ben jósoltak meg.

Eredményeiket, amelyek bizonyítékot szolgáltatnak a szupravezető FFLO állapot egyedülálló formájára, a közelmúltban publikálták a folyóiratban. természet. Ez az áttörés potenciálisan befolyásos lehet, különösen a szupravezető elektronika területén.

Ő Prof. Dr. Justin Yee, a hollandiai Groningeni Egyetem összetett anyagokkal foglalkozó eszközfizikai csoportjának elnöke, és az FFLO szupravezető állapotáról szóló Nature-cikk vezető szerzője. Köszönetnyilvánítás: Sylvia Germes

A tanulmány vezető szerzője Justin Yee professzor, aki a Groningeni Egyetem Device Physics for Complex Materials csoportjának vezetője. Te és csapata az isingi szupravezető eseten dolgozott. Ez egy speciális eset, amely képes ellenállni a szupravezetést általában leromboló mágneses mezőknek, és ez volt A csapat 2015-ben írta le.

2019-ben létrehozták Kétrétegű molibdén-diszulfidot tartalmazó eszközAz e a két rétegben jelenlévő Ising szupravezető állapotokhoz köthető. Érdekes módon a Ye és csapata által megalkotott eszköz lehetővé teszi ennek a védelemnek a be- és kikapcsolását elektromos tér segítségével, ami egy szupravezető tranzisztort eredményez.

Nehezen megfogható

Az Ising kettős szupravezető eszköze egy régóta fennálló kihívásra világít rá a szupravezetés területén. 1964-ben négy tudós (Fulde, Ferrell, Larkin és Ovchinnikov) egy speciális szupravezető állapotot jósolt meg, amely alacsony hőmérséklet és erős mágneses tér körülményei között létezhet, amelyet FFLO állapotnak neveznek.

Szabványos szupravezetés esetén az elektronok Cooper-párokként ellentétes irányban haladnak. Mivel azonos sebességgel mozognak, ezeknek az elektronoknak a teljes impulzusa nulla. Az FFLO esetében azonban kicsi a sebességkülönbség a Cooper-párok elektronjai között, ami nettó kinetikus impulzusra utal.

„Ez az eset nagyon megfoghatatlan, és csak néhány anyag van, amely közönséges szupravezetőnek vallja magát” – mondja Ye. Azonban ezek egyike sem döntő.

Ez a fázisdiagram egy anizotrop hatszoros pályaállapot létezését mutatja, amely a fázisdiagram nagy részét foglalja el. A jobb felső sarokban a vázlatos ábrákon a szupravezető sorrend paraméterének térbeli modulációja látható. Köszönetnyilvánítás: P. Wan/Groningeni Egyetem

Az FFLO állapot létrehozásához egy hagyományos szupravezetőben erős mágneses térre van szükség. De a mágneses mező szerepét finoman be kell hangolni. Egyszerűen fogalmazva, ahhoz, hogy a mágneses tér két szerepet játsszon, a Zeeman-effektust kell használnunk. Ez az elektronokat a spin iránya (mágneses nyomaték) alapján Cooper-párokra választja, de nem az orbitális hatás alapján – ez a másik szerep, amely általában tönkreteszi a szupravezetést.

„Ez egy kényes tárgyalás a szupravezetés és a külső mágneses tér között” – magyarázza Yi.

ujjlenyomat

Az első szerző, Buhua Wan olyan mintákat készített, amelyek minden követelménynek megfeleltek annak bizonyítására, hogy a Cooper-párokban valóban van véges lendület. Köszönetnyilvánítás: P. Wan/Groningeni Egyetem

a szupravezetés, amelyet Ye és munkatársai mutattak be, és megjelentek a folyóiratban Tudományok 2015-ben elnyomta a Zeeman-effektust. „Azáltal, hogy kiszűrtük azt a kulcsfontosságú összetevőt, amely lehetővé teszi a hagyományos FFLO-t, bőséges teret szabadítottunk fel a mágneses mező számára, hogy betöltse másik szerepét, a keringési hatást” – mondja Ye.

„Amit a cikkünkben bemutattunk, az az Ising szupravezető orbitális hatás által vezérelt FFLO állapotának egyértelmű lenyomata” – magyarázza Yi. „Ez egy atipikus FFLO-eset, elméletileg először 2017-ben írták le.” Az FFLO állapot a hagyományos szupravezetőkben nagyon alacsony hőmérsékletet és nagyon erős mágneses teret igényel, ami megnehezíti a kialakítást. A Ye Ising szupravezetőben azonban az állapotot gyengébb mágneses térrel és magasabb hőmérsékleten érik el.

tranzisztorok

Valójában Yi először 2019-ben vette észre az FFLO állapot jeleit a molibdén-diszulfidot tartalmazó szupravezető készülékében. „Akkor nem tudtuk bizonyítani, mert a minták nem voltak elég jók” – mondja Yi. Azonban megszerezte a Ph.D. Puhua Wan diáknak azóta sikerült olyan anyagmintákat előállítania, amelyek minden követelménynek megfeleltek, hogy megmutassák, valóban véges lendület van a Cooper-párokban. „A tényleges kísérletek fél évig tartottak, de az eredmények elemzése további egy évet jelentett” – mondja Ye. Wan az első szerzője a természet papír.

Ez az új szupravezető állapot további vizsgálatokat igényel. Ön: „Sokat kell tanulni róla. Például hogyan befolyásolja a kinetikus lendület a fizikai paramétereket? Ennek az állapotnak a tanulmányozása új betekintést nyújt a szupravezetésbe. Ez lehetővé teheti számunkra, hogy szabályozzuk ezt az állapotot olyan eszközökben, mint például a tranzisztorok. Ez a következő kihívásunk.”

Hivatkozás: „Orbital Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov állam Ising szupravezetőben”, Puhua Wan, Oleksandr Zheliuk, Noah FQ Yuan, Xiaoli Peng, Le Zhang, Minpeng Liang, Uli Zeitler, Steffen Wiedmann, Nigel E. természet.
DOI: 10.1038/s41586-023-05967-z