Физики раскрыли секрет сверхпроводимости в скрученном графене
Магический графен озадачивает физиков уже третий год. Теперь ученые, кажется, смогли показать, почему два слоя этого материала, скрученные на 1,1 градус начинают проявлять сверхпроводимость
Открытие в 2018 году сверхпроводимости в двух слоях графена толщиной в один атом, уложенных под углом 1,1 градуса друг к другу, вызвало удивление в сообществе физиков. С этого момента физики задались вопросом, можно ли описать сверхпроводимость графена с помощью существующей теории или для этого требуются принципиально новые подходы.
В новой работе ученые все же смогли раскрыть секрет сверхпроводящего магического графена, используя существующие теории. Для этого они использовали сканирующий туннельный микроскоп (STM). Это устройство основано на явлении квантового туннелирования, при котором электроны начинают проскакивать через вакуум между острым металлическим наконечником микроскопа и поверхностью образца, расположенными в непосредственной близости друг от друга. Микроскоп использует этот туннельный ток, чтобы получить картину поверхности образца с атомным разрешением.
При помощи мощного сканирующего туннельного микроскопа ученые исследовали магический скрученный графен. Когда они проанализировали данные, то заметили две основные «сигнатуры», которые выделялись из общего потока и указывали на необычные свойства двухслойного графена, связанные с сверхпроводимостью.
Первая особенность заключалась в том, что пары электронов, которые, согласно существующим теориям, и отвечают за проведение электрического тока без сопротивления, имеют конечный угловой момент. Это поведение аналогично тому, что ранее было обнаружено в высокотемпературных купратах. Когда пары образуются в обычном сверхпроводнике, они не имеют чистого углового момента, аналогично электрону, связанному с атомом водорода на s-орбитали водорода.
Также физики обнаружили, как ведет себя магический двухслойный графен, когда его сверхпроводящее состояние пытаются гасить при помощи повышения температуры или сильного магнитного поля. Обычные сверхпроводники при этом теряют свои свойства и ведут себя как обычные металлы. Однако в нетрадиционных сверхпроводниках часть электронов, по-видимому, продолжают двигаться в парах, даже если они больше не отвечают за сверхпроводимость.
Статья ученых опубликована в журнале Nature.
Для описания этого явления ученые предлагают теорию, которая основана на слабом взаимодействии электронов, образование пар которых стало возможным благодаря их взаимодействию с основным колебанием ионов. Однако спаривание электронов в нетрадиционных сверхпроводникахчасто бывает намного сильнее, чем в простых металлах. Причина такого явления — «клей», который связывает их вместе, — в настоящее время неизвестна.
