Физики из Университета штата Огайо нашли способ управлять сверхпроводимостью в скрученном графене, меняя среду вокруг материала. По оценке исследователей, это открытие в будущем может помочь в создании более эффективной электроники и мощных квантовых технологий.
Работа опубликована в журнале Nature Physics. Основное внимание ученые уделили материалу, который называется скрученный двухслойный графен. Его получают, когда 2 слоя углерода накладывают друг на друга с небольшим поворотом.
Исследовательская группа объединила эту структуру с титанатом стронция. Это позволило ученым наблюдать за тем, как внутри системы взаимодействуют электроны, а также влиять на эти процессы.
В сверхпроводниках электроны образуют пары, и за счет этого электрический ток проходит без сопротивления. Ученые установили, что при изменении окружения материала такие взаимодействия можно усиливать или ослаблять. Фактически это дает возможность включать и выключать сверхпроводимость.
«Электроны обычно отталкиваются друг от друга, но в сверхпроводниках они образуют пары; это образование пар является ключом к способности сверхпроводника проводить электричество без потерь, — объяснила профессор физики Университета штата Огайо Чунь Нин Джини Лау. — Наши данные свидетельствуют о том, что сами электроны, в зависимости от их чувствительности к ближайшему окружению, неожиданно важны для изменений материала».
Авторы работы отметили, что один из результатов оказался для них неожиданным. При определенных настройках сверхпроводимость не усиливалась, а, наоборот, ослабевала. Это отличается от поведения обычных сверхпроводников, где уменьшение сил отталкивания между электронами, как правило, приводит к усилению сверхпроводимости. Такой результат показывает, что необычные материалы, в том числе скрученный двухслойный графен, могут вести себя не так, как традиционные сверхпроводники.
«Если бы вы могли передавать электричество без потерь энергии, это было бы чрезвычайно важно для технологий, используемых в нашей повседневной жизни, — отметила Лау. — Несмотря на фундаментальные вопросы, на которые еще предстоит ответить, эта работа, по сути, открывает путь к новому типу физического механизма».
Исследователи считают, что это открытие может помочь приблизиться к одной из главных целей в этой области — созданию сверхпроводников, способных работать при намного более высоких температурах, возможно, даже при комнатной. Достижение такого результата может заметно изменить электронику, системы связи и технологии передачи энергии.
Ведущий автор исследования, аспирант Сюэши Гао, заявил, что полученные данные могут быть полезны для многих экспериментов и разных материальных систем. «Механизм сверхпроводимости в использованной нами системе скрученного двухслойного графена все еще плохо изучен, — сказал Гао. — Но наш результат может пролить свет на эту концепцию и помочь людям лучше понять ее применительно к будущим работам».
Ученые подчеркивают, что эта работа стала только ранним шагом к пониманию более широкого круга сложных электронных взаимодействий. В дальнейшем они намерены изучать и другие типы взаимодействий, а также дополнительные физические вопросы, которые появились в ходе исследования.
