Oamenii de știință de la Universitatea din Groningen și partenerii lor internaționali au confirmat existența unei stări supraconductoare, FFLO, care a fost prezisă teoretic în 2017. Dispozitivul lor, care folosește un strat dublu de disulfură de molibden pentru a controla această stare, poate avansa foarte mult în domeniul electronicii supraconductoare.
Într-un experiment inovator, cercetătorii de la Universitatea din Groningen au colaborat cu colegi de la Universitățile din Nijmegen și Twente din Țările de Jos și cu Institutul de Tehnologie Harbin din China. Împreună, au confirmat existența unei stări supraconductoare care a fost prezisă pentru prima dată în 2017.
Descoperirile lor, care stabilesc dovezi pentru o formă unică a stării supraconductoare FFLO, au fost publicate recent în jurnal. natură. Această descoperire are potențialul de a fi influentă, în special în domeniul electronicii supraconductoare.
Acesta este Prof. Dr. Justin Yee, Președintele Grupului de Fizică a Dispozitivelor pentru Materiale Complexe de la Universitatea din Groningen din Țările de Jos și autorul principal al lucrării Nature despre starea supraconductoare a FFLO. Credit: Sylvia Germes
Autorul principal al lucrării este profesorul Justin Yee, care conduce grupul Device Physics for Complex Materials de la Universitatea din Groningen. Voi și echipa lui au lucrat la cazul supraconductorului Ising. Acesta este un caz special care poate rezista câmpurilor magnetice care distrug supraconductivitatea în general și asta a fost Echipa a descris-o în 2015.
În 2019, au creat Dispozitiv care cuprinde un strat dublu de bisulfură de molibdene poate fi asociat cu stările supraconductoare Ising prezente în cele două straturi. Interesant este că dispozitivul creat de Ye și echipa sa face posibilă activarea sau oprirea acestei protecție folosind un câmp electric, rezultând un tranzistor supraconductor.
Evaziv
Dispozitivul dublu supraconductor al lui Ising pune în lumină o provocare de lungă durată în domeniul supraconductivității. În 1964, patru oameni de știință (Fulde, Ferrell, Larkin și Ovchinnikov) au prezis o stare supraconductivă specială care poate exista în condiții de temperatură scăzută și câmp magnetic puternic, denumită stare FFLO.
În supraconductivitate standard, electronii călătoresc în direcții opuse ca perechi Cooper. Deoarece se mișcă cu aceeași viteză, impulsul total al acestor electroni este zero. Cu toate acestea, în cazul FFLO, există o mică diferență de viteză între electronii din perechile Cooper, ceea ce implică un impuls cinetic net.
„Acest caz este foarte evaziv și există doar câteva materiale care pretind a fi supraconductori obișnuiți”, spune Ye. Cu toate acestea, nimic din toate acestea nu este concludent.
Această diagramă de fază arată existența unei stări orbitale de șase ori anizotrope, care ocupă o mare parte a diagramei de fază. În colțul din dreapta sus, ilustrațiile schematice arată modularea spațială a parametrului ordinului supraconductor. Credit: P. Wan/Universitatea din Groningen
Pentru a crea starea FFLO într-un supraconductor convențional, este nevoie de un câmp magnetic puternic. Dar rolul jucat de câmpul magnetic trebuie reglat fin. Mai simplu spus, pentru ca câmpul magnetic să joace două roluri, trebuie să folosim efectul Zeeman. Acest lucru separă electronii în perechi Cooper în funcție de direcția lor de spin (momentul magnetic), dar nu și de efectul orbital – celălalt rol care distruge de obicei supraconductivitatea.
„Este o negociere delicată între supraconductivitate și câmpul magnetic extern”, explică Yi.
amprenta
Primul autor, Buhua Wan, a produs mostre care au îndeplinit toate cerințele pentru a demonstra că există într-adevăr un impuls finit în perechile Cooper. Credit: P. Wan/Universitatea din Groningen
este supraconductivitatea, care au fost prezentate de Ye și colaboratorii săi și publicate în jurnal Științe În 2015, el a suprimat efectul Zeeman. „Prin filtrarea componentei cheie care face posibilă FFLO convențional, am eliberat spațiu amplu pentru ca câmpul magnetic să-și joace celălalt rol, care este efectul orbital”, spune Ye.
„Ceea ce am arătat în lucrarea noastră este o amprentă clară a stării FFLO determinate de efectul orbital în supraconductorul Ising”, explică Yi. „Acesta este un caz FFLO atipic, descris pentru prima dată teoretic în 2017”. Starea FFLO în supraconductorii convenționali necesită temperaturi foarte scăzute și câmpuri magnetice foarte puternice, ceea ce face dificilă formarea acestuia. Cu toate acestea, în supraconductorul Ye Ising, starea este atinsă cu un câmp magnetic mai slab și la temperaturi mai ridicate.
tranzistoare
De fapt, Yi a observat pentru prima dată semne ale stării FFLO în dispozitivul său supraconductor pentru disulfura de molibden în 2019. „La acel moment, nu am putut dovedi acest lucru, deoarece probele nu erau suficient de bune”, spune Yi. Cu toate acestea, el și-a câștigat doctoratul. Studentul Puhua Wan a reușit de atunci să producă mostre de material care au îndeplinit toate cerințele pentru a demonstra că există într-adevăr un impuls finit în perechile Cooper. „Testurile efective au durat jumătate de an, dar analiza rezultatelor a adăugat încă un an”, spune Ye. Wan este primul autor al natură hârtie.
Această nouă stare supraconductoare necesită investigații suplimentare. Tu: „Sunt multe de învățat despre asta. De exemplu, cum afectează impulsul cinetic parametrii fizici? Studierea acestei stări va oferi noi perspective asupra supraconductivității. Acest lucru ne poate permite să controlăm această stare în dispozitive precum tranzistoarele. Aceasta este următoarea noastră provocare.”
Referință: „Starea orbitală Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov în supraconductorul Ising” de Puhua Wan, Oleksandr Zheliuk, Noah FQ Yuan, Xiaoli Peng, Le Zhang, Minpeng Liang, Uli Zeitler, Steffen Wiedmann, Nigel E. natură.
DOI: 10.1038/s41586-023-05967-z
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”