Tim sa MIT‑a otkrio je tri nova superprovodna stanja u rombnom grafenu sa četiri i pet slojeva koja se neočekivano pojačavaju pod jakim magnetskim poljima. U jednom režimu kritična temperatura porasla je sa ~55 mK na ~90 mK, a materijal je podnosio 50–60% veću struju pre gubitka superprovodljivosti. Iako su uslovi eksperimentalni i zahtevi strogi, otkriće može imati dugoročne implikacije za kvantno računarstvo.
Neočekivano: Superprovodljivost U Rombnom Grafenu Jača Pod Snažnim Magnetnim Poljem
(Aleksandr Semenov/Getty Images)
Superprovodljivost — svojstvo materijala da provode električnu struju bez otpora — predstavlja jedno od najzanimljivijih i najvrednijih područja moderne fizike. Novi rad istraživača sa MIT‑a otkriva nekoliko izuzetnih superprovodnih stanja u rombnom (rhombohedral) grafenu koja se, suprotno očekivanju, pojačavaju pod delovanjem jakih magnetskih polja.
Illustration from a separate paper showing the lattice structure of multilayered rhombohedral graphene. (Zhang et al.,Nat. Nanotechnol., 2024)
Rombni grafen sastoji se od više ultratankih slojeva ugljenika gde su slojevi postavljeni pod određenim uglovima jedan u odnosu na drugi, što rezultira neuobičajenim elektronskim svojstvima. U eksperimentima opisanima u časopisu Nature, tim je proučavao uzorke sa četiri i pet slojeva dok je precizno podesio gustinu elektrona i orijentaciju magnetskog polja.
Researchers (left to right) Shenyong Ye, Junseok Seo, and Long Ju. (Sampson Wilcox/RLE)
Šta su otkrili?
Na ultraniskim temperaturama naučnici su detektovali više različitih superprovodnih stanja — pojava koja je već retka — a u tri režima ponašanje je bilo iznenađujuće:
Subscribe to ScienceAlert's free fact-checked newsletter
- u jednom režimu superprovodljivost se nije pojavila dok nije uključen magnet,
- u dva režima magnetsko polje je zapravo pojačavalo superprovodljivost, povećavajući temperaturu prelaza i strujni kapacitet materijala.
«Iz ugla fundamentalne fizike, veoma je egzotično da magnetsko polje ne ubije superprovodljivost, nego je pojačava», kaže fizičar Long Ju sa MIT‑a.
U jednom od režima zabeležen je porast kritične temperature sa približno 55 mK na oko 90 mK. U istom režimu materijal je mogao da podnese približno 50–60% veću struju pre nego što bi superprovodljivost prestala. Eksperimenti su koristili magnetska polja koja su do ~180.000 puta jača od Zemljinog magnetnog polja.
The researchers found multiple ways that electrons could pair up and flow through graphene without resistance. (Amy Pan/RLE)
Moguće objašnjenje
Istraživači zasad nemaju konačan odgovor zašto se ta stanja ponašaju suprotno uobičajenim pravilima, ali predlažu radnu hipotezu: u tim uslovima elektroni bi mogli da formiraju parove sa istim usmerenom spinu (tzv. tripletno ili jednospinsko uparivanje), što čini superprovodljivost otpornijom na poravnavanje spinova koje izaziva magnetsko polje.
«Možemo da kontrolišemo najjednostavniji hemijski i strukturni materijal — kristalni ugljenik — podešavanjem eksperimentalnih parametara, i tako dobijemo superprovodna svojstva koja priroda sama ne daje», kaže Junseok Seo (MIT).
Praktične implikacije i sledeći koraci
Iako otkriće otvara perspektivu za primenu u kvantnom računarstvu (posebno u stabilizaciji kvbita), reč je o eksperimentalnim uslovima koji uključuju ultraniske temperature i strogu laboratorijsku kontrolu, pa su praktične primene još daleko. Sledeći korak istraživača je detaljno proučavanje svakog od novih stanja kako bi se razjasnio njihov mehanizam i interakcija sa magnetnim poljima.
Rad je objavljen u časopisu Nature. Eksperimenti i zaključci predstavljaju značajan doprinos razumevanju nekonvencionalnih superprovodnih stanja u prirodnim strukturama poput rombnog grafena.
Pomozite nam da budemo bolji.
