Международная команда физиков из США и Японии открыла новое фундаментальное свойство графена, которое может пролить свет на природу нетрадиционной сверхпроводимости. В ходе эксперимента с трехслойным графеном, слои которого были скручены под так называемым «магическим углом», ученые выявили прямую связь между сверхпроводимостью, электронной нематичностью и странной металличностью. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.
Сверхпроводимость — это состояние вещества, при котором электрическое сопротивление полностью исчезает. В некоторых материалах этому состоянию предшествует электронная нематичность, когда электроны выстраиваются в определенном направлении, нарушая вращательную симметрию. Кроме того, ряд сверхпроводников проявляет «странную металличность» — фазу с необычным поведением электрического сопротивления, не поддающимся объяснению стандартными теориями.
«Наша работа выросла из вопроса: как возникновение сверхпроводимости влияет на угловую симметрию электронного транспорта? Мы сосредоточились на трехслойном графене с магическим углом, где электроны сильно взаимодействуют и образуют необычные квантовые состояния», — отмечает старший автор статьи Цзя Ли.
Ученые разработали новый метод измерения: они пропускали электрический ток через образец под разными углами, чтобы отследить, как меняется сопротивление в зависимости от направления. Это позволило впервые наблюдать, как направленные свойства металлической фазы связаны со сверхпроводящей.
«Мы обнаружили поразительную взаимосвязь: направление, в котором сверхпроводимость наиболее сильна, напрямую связано с анизотропией, уже присутствующей в металлической фазе», — комментирует Ли.
Ключевым открытием стало то, что наиболее устойчивая сверхпроводимость возникает в том направлении, где металлическая фаза обладает наибольшим сопротивлением. Иными словами, направление, наименее благоприятное для протекания тока в обычном состоянии, оказывается наиболее благоприятным для формирования сверхпроводимости. Это доказывает, что нематичность, странная металличность и сверхпроводимость — не независимые явления, а тесно взаимосвязанные компоненты единой физической картины.
Таким образом, разработанный подход с угловым разрешением открывает новые возможности для изучения сложных квантовых материалов. В будущем его можно будет применять для исследования высокотемпературных сверхпроводников и других систем. Это открытие не только расширяет фундаментальные представления о природе материи, но и приближает к созданию новых материалов для электроники и энергетики будущего.
Ранее ученые разгадали секреты волн на озерах Титана.
Источник: hi-tech.mail.ru