Физики нашли способ управлять сверхпроводимостью с помощью скрученного графена

Физики из Университета штата Огайо обнаружили, что сверхпроводимостью в скрученном графене можно управлять, изменяя окружающую среду материала. Это открытие может привести к созданию более эффективной электроники и мощных квантовых технологий.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Physics, было сосредоточено на материале, известном как скрученный бислойный графен. Он создается путем наложения двух листов углерода друг на друга с небольшим поворотом. Команда объединила эту структуру с титанатом стронция, что позволило наблюдать и влиять на взаимодействие электронов внутри системы.

В сверхпроводниках электроны образуют пары, что позволяет электричеству течь без сопротивления. Настраивая окружение материала, ученые смогли усиливать или ослаблять эти взаимодействия, эффективно включая и выключая 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 Чунь Нин (Джини) Лау, профессор физики Университета штата Огайо. — Наши данные свидетельствуют о том, что сами электроны, в зависимости от их чувствительности к ближайшему окружению, неожиданно важны для изменений материала».

Исследователей удивило, что при определенных настройках сверхпроводимость ослабевала, а не усиливалась. Это отличается от поведения обычных сверхпроводников, где уменьшение сил отталкивания между электронами обычно усиливает сверхпроводимость. Результат подчеркивает, что необычные материалы, такие как скрученный бислойный графен, могут вести себя иначе, чем 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».

Открытие может помочь исследователям приблизиться к одной из главных целей в этой области: созданию сверхпроводников, работающих при гораздо более высоких температурах, возможно, даже при комнатной. Достижение этой цели может кардинально изменить электронику, системы связи и технологии передачи энергии.

Ведущий автор исследования, аспирант Сюэши Гао, отметил, что результаты могут быть полезны для многих различных экспериментов и материальных систем.

«Механизм сверхпроводимости в использованной нами системе скрученного бислойного 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 работа представляет собой лишь ранний шаг к пониманию более широкого спектра сложных электронных взаимодействий. Будущие исследования будут изучать другие типы взаимодействий и дополнительные физические вопросы, поднятые в ходе исследования.