Международная группа физиков под руководством Университета Миннесоты обнаружила, что уникальный сверхпроводящий металл более эластичен, когда используется в качестве очень тонкого слоя.
Исследование является первым шагом к более широкой цели понимания нетрадиционных сверхпроводящих состояний в материалах, которые, возможно, могут быть использованы в квантовых вычислениях в будущем.
В этом сотрудничестве участвуют четыре преподавателя факультета физики и астрономии Миннесотского университета — доцент Влад Прибиаг, профессор Рафаэль Фернандес и доценты Фиона Бернелл и Ке Ван, а также физики из Корнельского университета и ряда других учреждений. Исследование опубликовано в Nature Physics.
Диселенид ниобия (NbSe 2 ) является сверхпроводящим металлом, что означает, что он может проводить электричество или переносить электроны от одного атома к другому без сопротивления. Нередко материалы ведут себя по-разному, когда они имеют очень маленький размер, но NbSe 2 имеет потенциально полезные свойства. Исследователи обнаружили, что материал в 2D-форме (очень тонкая подложка толщиной всего в несколько атомных слоев) является более упругим сверхпроводником, поскольку он имеет двойную симметрию, которая сильно отличается от более толстых образцов того же материала.
Вдохновленные теоретическим предсказанием Фернандеса и Бернелла об экзотической сверхпроводимости в этом двумерном материале, Прибиаг и Ван начали исследовать атомно-тонкие двумерные сверхпроводящие устройства.
«Мы ожидали, что у него будет шестикратный узор вращения, как у снежинки». — сказал Ван. «Несмотря на шестикратную структуру, в эксперименте он показал только двоякое поведение».
«Это был один из первых случаев, когда [это явление] было замечено в реальных материалах», — сказал Прибяг.
Исследователи объяснили недавно обнаруженную двойную вращательную симметрию сверхпроводящего состояния в NbSe 2 смешением двух тесно конкурирующих типов сверхпроводимости, а именно обычного s-волнового типа, типичного для объемного NbSe 2, и нетрадиционного d- или Механизм p-типа, возникающий в многослойном NbSe 2 . Два типа сверхпроводимости в этой системе имеют очень похожие энергии. Из-за этого они взаимодействуют и соревнуются друг с другом.
Прибиаг и Ван сказали, что позже они узнали, что физики Корнельского университета изучали ту же физику, используя другую экспериментальную технику, а именно измерения квантового туннелирования. Они решили объединить свои результаты с исследованием Корнелла и опубликовать всеобъемлющее исследование.
Бернелл, Прибиаг и Ван планируют использовать эти первоначальные результаты для дальнейшего исследования свойств атомарно тонкого NbSe 2 в сочетании с другими экзотическими 2D-материалами, что в конечном итоге может привести к использованию нетрадиционных сверхпроводящих состояний, таких как топологическая сверхпроводимость, для создания квантовые компьютеры.