Atlikdami novatorišką eksperimentą, Groningeno universiteto mokslininkai bendradarbiavo su bendraamžiais iš Nijmegen ir Twente universitetų Nyderlanduose ir Harbino technologijos instituto Kinijoje. Kartu jie patvirtino superlaidžios būsenos egzistavimą, kuri pirmą kartą buvo prognozuota 2017 m.

Jų išvados, patvirtinančios unikalią superlaidžios FFLO būsenos formą, neseniai buvo paskelbtos žurnale. gamta. Šis proveržis gali turėti įtakos, ypač superlaidžios elektronikos srityje.

Tai prof. dr. Justin Yee, Groningeno universiteto Nyderlandų sudėtingų medžiagų prietaisų fizikos grupės pirmininkas ir pagrindinis gamtos dokumento apie superlaidžią FFLO būseną autorius. Kreditas: Sylvia Germes

Pagrindinis šio straipsnio autorius yra profesorius Justin Yee, kuris vadovauja Groningeno universiteto Įrenginių fizikos grupei sudėtingoms medžiagoms. Jūs ir jo komanda dirbote ties Isingo superlaidumo byla. Tai ypatingas atvejis, galintis atsispirti magnetiniams laukams, kurie apskritai naikina superlaidumą, ir viskas Komanda tai apibūdino 2015 m.

2019 metais jie sukūrė Įrenginys, sudarytas iš dvigubo sluoksnio molibdeno disulfidoe gali būti siejamas su Ising superlaidžiomis būsenomis, esančiomis dviejuose sluoksniuose. Įdomu tai, kad Ye ir jo komandos sukurtas įrenginys leidžia įjungti arba išjungti šią apsaugą naudojant elektrinį lauką, todėl susidaro superlaidus tranzistorius.

Nepagaunamas

Ising dvigubas superlaidus įtaisas atskleidžia ilgalaikį iššūkį superlaidumo srityje. 1964 m. keturi mokslininkai (Fulde, Ferrell, Larkin ir Ovchinnikovas) numatė ypatingą superlaidžią būseną, kuri gali egzistuoti žemos temperatūros ir stipraus magnetinio lauko sąlygomis, vadinamą FFLO būsena.

Esant standartiniam superlaidumui, elektronai keliauja priešingomis kryptimis kaip Kuperio poros. Kadangi jie juda tuo pačiu greičiu, bendras šių elektronų impulsas yra lygus nuliui. Tačiau FFLO atveju Cooper porų elektronų greitis mažai skiriasi, o tai reiškia grynąjį kinetinį impulsą.

„Šis atvejis yra labai sunkiai suprantamas ir yra tik keletas medžiagų, kurios teigia, kad yra įprasti superlaidininkai“, – sako Ye. Tačiau nė vienas iš šių dalykų nėra galutinis.

Ši fazių diagrama rodo, kad egzistuoja anizotropinė šešis kartus orbitinė būsena, kuri užima didelę fazės diagramos dalį. Viršutiniame dešiniajame kampe scheminėse iliustracijose parodyta superlaidumo eilės parametro erdvinė moduliacija. Kreditas: P. Wan / Groningeno universitetas

Norint sukurti FFLO būseną įprastame superlaidininke, reikalingas stiprus magnetinis laukas. Tačiau magnetinio lauko vaidmenį reikia tiksliai sureguliuoti. Paprasčiau tariant, kad magnetinis laukas atliktų du vaidmenis, turime naudoti Zeeman efektą. Tai atskiria elektronus į Cooper poras pagal jų sukimosi kryptį (magnetinį momentą), bet ne pagal orbitinį efektą – kitą vaidmenį, kuris paprastai naikina superlaidumą.

„Tai subtilios derybos tarp superlaidumo ir išorinio magnetinio lauko“, – aiškina Yi.

piršto atspaudas

Pirmasis autorius Buhua Wan sukūrė pavyzdžius, kurie atitiko visus reikalavimus, kad parodytų, jog Cooper porose iš tikrųjų yra ribotas impulsas. Kreditas: P. Wan / Groningeno universitetas

yra superlaidumas, kurį pristatė Ye ir jo bendradarbiai ir paskelbė žurnale Mokslai 2015 metais jis nuslopino Zeemano efektą. „Išfiltravę pagrindinį komponentą, leidžiantį naudoti įprastą FFLO, atlaisvinome daug vietos magnetiniam laukui atlikti kitą savo vaidmenį, ty orbitinį efektą“, – sako Ye.

„Tai, ką mes parodėme savo darbe, yra aiškus orbitinio efekto valdomos FFLO būsenos Ising superlaidininkyje atspaudas“, – aiškina Yi. „Tai netipinis FFLO atvejis, pirmą kartą teoriškai aprašytas 2017 m. Įprastų superlaidininkų FFLO būsena reikalauja labai žemos temperatūros ir labai stiprių magnetinių laukų, todėl sunku formuotis. Tačiau Ye’s Ising superlaidininke būsena pasiekiama esant silpnesniam magnetiniam laukui ir aukštesnei temperatūrai.

tranzistoriai

Tiesą sakant, Yi pirmą kartą pastebėjo FFLO būsenos požymius savo superlaidžiame molibdeno disulfido įrenginyje 2019 m. „Tuo metu mes negalėjome to įrodyti, nes mėginiai nebuvo pakankamai geri“, – sako Yi. Tačiau jis yra įgijęs daktaro laipsnį. Studentui Puhua Wan nuo to laiko pavyko pagaminti medžiagos pavyzdžius, kurie atitiko visus reikalavimus, kad parodytų, jog Cooper poros iš tiesų yra ribotos. „Tikrieji bandymai truko pusę metų, tačiau analizuojant rezultatus pridėjo dar vieneri metai“, – sako Ye. Wanas yra pirmasis knygos autorius gamta popierius.

Šią naują superlaidžią būseną reikia toliau tirti. Jūs: „Yra daug ką apie tai sužinoti. Pavyzdžiui, kaip kinetinis impulsas veikia fizinius parametrus? Šios būsenos tyrimas suteiks naujų supratimo apie superlaidumą. Tai gali suteikti mums galimybę valdyti šią būseną tokiuose įrenginiuose kaip tranzistoriai. Tai mūsų kitas iššūkis.”

Nuoroda: Puhua Wan, Oleksandr Zheliuk, Noah FQ Yuan, Xiaoli Peng, Le Zhang, Minpeng Liang, Uli Zeitler, Steffen Wiedmann, Nigel E. gamta.
DOI: 10.1038/s41586-023-05967-z