ТАСС, 15 февраля. Американские и японские ученые впервые проследили за движением электронов внутри сверхпроводящего многослойного графена, чьи листы повернуты друг к другу на угол в 1,08 градуса. Эти замеры указали на почти полную квантово-геометрическую природу сверхпроводимости этого материала. Работа опубликована в журнале Nature. О результатах сообщила в среду пресс-служба университета штата Огайо (OSU).
"Мы обнаружили, что классические уравнения, описывающие сверхпроводимость, могут лишь на 10% объяснить то, что происходит внутри данного материала. Проведенные нами замеры показывают, что остальные 90% происходящих в нем процессов связаны с разными проявлениями квантовой геометрии", - сообщила профессор OSU Джини Лау, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Четыре года назад ученые из США случайно превратили графен в экзотический изоляторо-сверхпроводник после того, как они склеили два кусочка этого двумерного материала под определенным углом (1,08 или 1,1 градуса) и получили своего рода муаровый узор. Впоследствии выяснилось, что и трехслойные структуры из графена можно превратить в уникальный сверхпроводник, не теряющий свои свойства в магнитном поле.
Открытие этих свойств у двухслойного и трехслойного графена породило массу споров о том, как именно они возникают. Пока физики не могут точно сказать, почему это происходит, однако они связывают необычные сверхпроводящие и изолирующие свойства "муарового" графена с тем, что атомы углерода внутри него сильно влияют на характер движения электронов в толще этого двумерного материала.
Квантовая геометрия и сверхпроводимость
Профессор Лау и ее коллеги обнаружили, что появление сверхпроводимости при повороте листов графена почти полностью объясняется квантово-геометрическими процессами, взаимодействиями электронов и других частиц на сверхмалых расстояниях внутри многослойной графеновой структуры.
Ученые пришли к такому выводу в ходе наблюдений за тем, как движутся электроны внутри изготовленного ими сверхпроводящего графена, чьи листы были повернуты на идеальные 1,08 градуса. Для получения подобных сведений ученые охладили созданное ими устройство до температуры в 0,3 градуса Кельвина (минус 272,8 градуса Цельсия) и проследили за тем, как меняется сопротивление графена и сила проходящего через него тока при изменениях температуры и напряженности внешнего магнитного поля.
Проведенные физиками замеры неожиданно показали, что классические куперовские пары электронов, отвечающие за движение тока без потерь в других сверхпроводниках, образуются внутри муарового графена крайне редко, и при этом они слабо влияют на движение тока. На их долю, по текущим оценкам исследователей, можно отнести лишь десятую часть сверхпроводимости, характерной для этого материала.
Остальные 90% сверхпроводимости, по мнению Лау и ее коллег, объясняются так называемой квантовой геометрией, взаимодействиями электронов на крайне малых расстояниях, на которых доминирующую роль играют законы квантовой механики. Последующее изучение взаимодействий электронов, как надеются ученые, раскроет точный механизм возникновения сверхпроводимости и позволит физикам создать новые материалы, которые проявляли бы это свойство при высоких температурах.