Два широко изученных сверхтонких сверхпроводника скрывали секрет: то, что казалось одним сверхпроводящим состоянием, на самом деле является двумя тесно связанными состояниями, действующими вместе. Это открытие решает давнюю загадку и может помочь исследователям лучше создавать материалы для квантовых компьютеров и сверхэффективной электроники. Фото: Еврейский университет в Иерусалиме / иллюстрация с помощью ИИ

Некоторые научные сюрпризы возникают не из-за открытия чего-то совершенно нового, а из-за более пристального взгляда на то, что исследователи, как им казалось, уже понимали.

Физики десятилетиями изучали сверхпроводники — материалы, способные проводить электрический ток без потерь энергии. Их необычные свойства могли бы лечь в основу технологий от сверхэффективной электроники и квантовых компьютеров до передовых медицинских систем.

Сверхпроводник, который выглядел на удивление просто

Одним из наиболее изученных примеров является диселенид ниобия (NbSe2). Когда исследователи уменьшили материал до нескольких атомных слоев, эксперименты показали относительно простое сверхпроводящее поведение. В частности, казалось, что материал имеет одну энергетическую щель — ключевую характеристику, отражающую то, как электроны объединяются в пары, чтобы двигаться без электрического сопротивления.

Однако у исследователей были основания подозревать, что эта простая картина неполна.

Исследование возглавили аспирант Шахар Симон и магистрантка Майя Кланг под руководством профессора Одеда Милло и профессора Хадара Штейнберга из Института физики Рака и Центра нанонауки и нанотехнологий Еврейского университета в Иерусалиме. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Два сверхпроводящих состояния, замаскированных под одно

С помощью высокочувствительных измерений туннельной спектроскопии исследователи обнаружили, что NbSe2 не ведет себя как простой сверхпроводник, управляемый только одним сверхпроводящим порядком. Вместо этого он содержит два различных сверхпроводящих порядка, которые взаимодействуют настолько сильно, что выглядят как один.

Исследователи выявили такое же скрытое поведение в близкородственном материале TaS2.

«Это похоже на то, как если бы вы слушали, что звучит как один певец, а затем обнаружили, что это на самом деле идеально синхронизированный дуэт», — говорят исследователи.

Это открытие объясняет загадку, которая оставалась нерешенной в течение многих лет. Традиционные теории не могли полностью воспроизвести детальную форму спектра сверхпроводящей энергии, наблюдаемую в более ранних экспериментах.

Используя более продвинутую модель, включающую два различных сверхпроводящих порядка, исследователи из Еврейского университета смогли объяснить экспериментальные измерения гораздо точнее. Тот же подход также объяснил поведение материалов при воздействии магнитных полей.

Еще более сложная сверхпроводящая картина

Результаты указывают на дополнительную сложность в более толстых формах материала. Согласно выводам, объемный NbSe2 может содержать три взаимодействующих сверхпроводящих порядка, что предполагает, что сверхпроводимость в этих материалах богаче, чем считалось ранее.

Раскрытие этой скрытой структуры в конечном итоге может позволить исследователям проектировать сверхпроводящие материалы и устройства с большим контролем и точностью. По мере того как ученые стремятся к созданию квантовых компьютеров, сверхэффективной электроники и других передовых технологий, детальное понимание поведения электронов внутри сверхпроводников будет становиться все более важным.

Источники: sciencedaily.com

Материалы предоставлены Еврейским университетом в Иерусалиме.

Shahar Simon, Maya Klang, Oded Millo, Hadar Steinberg. Two-Band Superconductivity in Few-Layer NbSe2 and TaS2. Physical Review Letters, 2026; 137 (1) DOI: 10.1103/p836-tdgw