Vědci z Univerzity v Groningenu a jejich mezinárodní partneři potvrdili existenci supravodivého stavu FFLO, který byl teoreticky předpovězen v roce 2017. Jejich zařízení, které k řízení tohoto stavu využívá dvojitou vrstvu disulfidu molybdeničitého, by mohlo výrazně posunout oblast supravodivé elektroniky.
V průlomovém experimentu spolupracovali vědci z University of Groningen s kolegy z univerzit v Nijmegenu a Twente v Nizozemsku a Harbin Institute of Technology v Číně. Společně potvrdili existenci supravodivého stavu, který byl poprvé předpovězen v roce 2017.
Jejich zjištění, která zakládají důkazy o jedinečné formě supravodivého stavu FFLO, byly nedávno publikovány v časopise Příroda. Tento průlom má potenciál být vlivný, zejména v oblasti supravodivé elektroniky.
Toto je Prof. Dr. Justin Yee, předseda skupiny fyziky zařízení pro komplexní materiály na University of Groningen v Nizozemsku a hlavní autor článku Nature o supravodivém stavu FFLO. Kredit: Sylvia Germes
Hlavním autorem článku je profesor Justin Yee, který vede skupinu Device Physics for Complex Materials na Univerzitě v Groningenu. Ye a jeho tým pracovali na supravodivém případu Ising. Toto je speciální pouzdro, které dokáže odolat magnetickým polím, které ničí supravodivost obecně, a to bylo vše Tým to popsal v roce 2015.
V roce 2019 vytvořili Zařízení obsahující dvojitou vrstvu sulfidu molybdeničitéhoe může být spojeno s Isingovými supravodivými stavy přítomnými ve dvou vrstvách. Zajímavé je, že zařízení, které Ye a jeho tým vytvořili, umožňuje tuto ochranu zapnout nebo vypnout pomocí elektrického pole, výsledkem je supravodivý tranzistor.
Nepolapitelný
Dvojité supravodivé zařízení Ising vrhá světlo na dlouhodobou výzvu v oblasti supravodivosti. V roce 1964 čtyři vědci (Fulde, Ferrell, Larkin a Ovchinnikov) předpověděli zvláštní supravodivý stav, který může existovat za podmínek nízké teploty a silného magnetického pole, označovaný jako stav FFLO.
Při standardní supravodivosti se elektrony pohybují v opačných směrech jako Cooperovy páry. Protože se pohybují stejnou rychlostí, celková hybnost těchto elektronů je nulová. V případě FFLO je však malý rozdíl v rychlosti mezi elektrony v Cooperových párech, což implikuje čistou kinetickou hybnost.
„Tento případ je velmi nepolapitelný a existuje jen několik materiálů, které se prohlašují za obyčejné supravodiče,“ říká Ye. Nic z toho však není průkazné.
Tento fázový diagram ukazuje existenci anizotropního šestinásobného orbitálního stavu, který zabírá velkou část fázového diagramu. V pravém horním rohu schematické ilustrace ukazují prostorovou modulaci parametru supravodivého řádu. Kredit: P. Wan/University of Groningen
K vytvoření stavu FFLO v běžném supravodiči je potřeba silné magnetické pole. Ale roli, kterou hraje magnetické pole, je třeba jemně vyladit. Jednoduše řečeno, aby magnetické pole hrálo dvě role, musíme použít Zeemanův efekt. To rozděluje elektrony do Cooperových párů na základě jejich směru rotace (magnetického momentu), ale ne na orbitálním efektu – další roli, která obvykle ničí supravodivost.
„Je to delikátní vyjednávání mezi supravodivostí a vnějším magnetickým polem,“ vysvětluje Yi.
otisk prstu
První autor Buhua Wan vytvořil vzorky, které splnily všechny požadavky, aby prokázaly, že v Cooperových párech skutečně existuje konečná hybnost. Kredit: P. Wan/University of Groningen
je supravodivost, které byly prezentovány Ye a jeho spolupracovníky a publikovány v časopise vědy V roce 2015 potlačil Zeemanův efekt. „Odfiltrováním klíčové složky, která umožňuje konvenční FFLO, jsme uvolnili dostatek prostoru pro magnetické pole, aby mohlo hrát svou další roli, kterou je orbitální efekt,“ říká Ye.
„To, co jsme ukázali v našem článku, je jasný otisk stavu FFLO řízeného orbitálním efektem v Isingově supravodiči,“ vysvětluje Yi. „Jedná se o atypický případ FFLO, poprvé popsaný teoreticky v roce 2017.“ Stav FFLO v konvenčních supravodičech vyžaduje velmi nízké teploty a velmi silná magnetická pole, což ztěžuje jeho formování. V Yeově Isingově supravodiči je však stavu dosaženo se slabším magnetickým polem a při vyšších teplotách.
tranzistory
Yi si ve skutečnosti poprvé všiml známek stavu FFLO ve svém supravodivém zařízení pro disulfid molybdeničitý v roce 2019. „V té době jsme to nemohli dokázat, protože vzorky nebyly dost dobré,“ říká Yi. Získal však titul Ph.D. Student Puhua Wan od té doby uspěl ve výrobě vzorků materiálu, který splnil všechny požadavky, aby ukázal, že v Cooperových párech je skutečně omezená hybnost. „Skutečné zkoušky trvaly půl roku, ale analýza výsledků přidala další rok,“ říká Ye. Wan je prvním autorem Příroda papír.
Tento nový supravodivý stav potřebuje další výzkum. Vy: „Je toho hodně co se o tom naučit. Například, jak kinetická hybnost ovlivňuje fyzikální parametry? Studium tohoto stavu poskytne nové poznatky o supravodivosti. To nám může umožnit řídit tento stav v zařízeních, jako jsou tranzistory. To je naše další výzva.“
Reference: „Orbital Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov state in Ising superconductor“ od Puhua Wan, Oleksandr Zheliuk, Noah FQ Yuan, Xiaoli Peng, Le Zhang, Minpeng Liang, Uli Zeitler, Steffen Wiedmann, Nigel E. Příroda.
DOI: 10.1038/s41586-023-05967-z
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
