Novi materijal donosi dva supravodiča u jednom

Fizičari s MIT-a demonstrirali su egzotičan oblik supravodljivosti u novom materijalu koji je tim sintetizirao prije otprilike godinu dana. Iako je bila predviđena 1960-ih, do sada se pokazalo da je ovu vrstu supravodljivosti teško stabilizirati. Nadalje, znanstvenici su otkrili da se istim materijalom potencijalno može manipulirati kako bi se pokazao još jedan, jednako egzotičan oblik supravodljivosti.

Demonstracija supravodljivosti konačnog momenta u slojevitom kristalu poznatom kao prirodna superrešetka znači da se materijal može podesiti kako bi se stvorili različiti obrasci supravodljivosti unutar istog uzorka. To bi zauzvrat moglo imati implikacije na kvantno računanje, a također se očekuje da će materijal postati i važan alat za otkrivanje tajni nekonvencionalnih supravodiča.

Pored toga ovo bi moglo biti korisno za nove kvantne tehnologije. Dizajniranje takvih tehnologija je izazovno, dijelom zato što je teško proučavati materijale od kojih su sastavljene. Novi materijal mogao bi pojednostaviti takva istraživanja jer ga je, između ostalog, relativno lako izraditi.

Profesor fizike Joseph Checkelsky i suradnici otkrili su novi kvantni materijal, ili onaj koji manifestira egzotična svojstva kvantne mehanike u makroskopskoj skali. U ovom slučaju riječ je o supravodiču.

Checkelsky objašnjava da je relativno nedavno došlo do procvata realizacije posebnih supravodiča koji su dvodimenzionalni ili debeli samo nekoliko atomskih slojeva. Ovi novi ultratanki supravodiči djelomično su zanimljivi jer se od njih očekuje da daju uvid u samu supravodljivost.

Ali postoje izazovi. Kao prvo, materijale debljine samo nekoliko atomskih slojeva teško je proučavati jer su jako osjetljivi.

Novi materijal koji su izradili može se smatrati supravodljivim ekvivalentom slojevitog kolača, gdje je jedan sloj ultratanki film supravodljivog materijala, dok je sljedeći ultratanki odstojnik koji ga štiti. Slaganje ovih slojeva jedan na drugi rezultira velikim kristalom (to se događa prirodno kada se sastavni elementi sumpora, niobija i barija zagrijavaju zajedno). “I taj makroskopski kristal, koji mogu držati u ruci, ponaša se kao 2D supravodič. Bilo je to vrlo iznenađujuće”, kaže Checkelsky.

Mnoge sonde koje znanstvenici koriste za proučavanje 2D supravodiča su izazovne za korištenje na atomski tankim materijalima. Budući da je novi materijal tako velik, "sada imamo mnogo više alata da ga okarakteriziramo", kaže Checkelsky.

Materijal tima Checkelsky iznimno je čist. Kao rezultat toga, fizičari su bili uzbuđeni da vide može li pokazati neobično supravodljivo stanje, što se na kraju i ispostavilo. U radu tim pokazuje da je njihov novi materijal supravodič konačnog momenta nakon primjene magnetskog polja. Ova posebna vrsta supravodljivosti, koja je predložena 1960-ih, ostala je fascinantna za znanstvenike.

Dok se supravodljivost obično uništi slabijim magnetskim poljima, supravodič s konačnim zamahom može opstati i dalje formiranjem pravilnog uzorka područja s puno Cooperovih parova i regija koje ih nemaju. Ispostavilo se da se ovom vrstom supravodiča može manipulirati kako bi se formiralo različite neobične obrasce dok se Cooperovi parovi kreću između kvantno mehaničkih orbita poznatih kao Landauove razine. A to znači, kaže Checkelsky, da bi znanstvenici sada trebali moći stvoriti različite obrasce supravodljivosti unutar istog materijala.

Nadalje, fizičari su shvatili da njihov materijal također ima sastojke za još jednu egzotičnu vrstu supravodljivosti. Topološka supravodljivost uključuje kretanje naboja duž rubova ili granica. U ovom slučaju, taj bi naboj mogao putovati duž rubova svakog unutarnjeg supravodljivog uzorka.

Tim Checkelskyja trenutno radi na tome da vidi je li njihov materijal doista sposoban za topološku supravodljivost. Ako je tako, “možemo li kombinirati obje nove vrste supravodljivosti? Što bi to moglo donijeti?” pita se Checkelsky.

Čitav znanstveni rad objavljen u časopisu Nature možete pronaći na ovoj poveznici.