Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружили, что обычный грифель карандаша скрывает в себе удивительные квантовые свойства. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда физиков доказала, что определенная микроскопическая структура природного графита может поддерживать сразу несколько нетрадиционных сверхпроводящих состояний.
Сверхпроводимость — это состояние, при котором электроны объединяются в пары и движутся по материалу без какого-либо сопротивления. Хотя науке известны тысячи сверхпроводников, лишь немногие из них способны проявлять эту способность в нескольких формах одновременно.
Ученые сфокусировались на ромбоэдрическом графене — естественной структуре внутри графита, состоящей из четырех или пяти слоев атомов углерода, смещенных друг относительно друга подобно ступеням лестницы. Используя метод отслоения образцов с помощью скотча, они выделили эти структуры для экспериментов.
В ходе опытов исследователи не только добавляли электроны к материалу, но и впервые начали их удалять, постепенно снижая плотность заряда. При этом они воздействовали на образцы сильным магнитным полем.
Эксперименты привели к поразительным результатам, опровергнув устоявшиеся представления о физике материалов. Во-первых, ученые зафиксировали целых четыре сверхпроводящих состояния. Во-вторых, эти состояния не только выдерживали воздействие мощнейшего магнита (9 Тесла), но и усиливались под его влиянием. Когда поле было направлено перпендикулярно материалу, температура перехода выросла почти вдвое — со скромных 55 до внушительных 90 милликельвинов.
Обычно магнетизм считается врагом сверхпроводимости, так как он выводит спины электронов из противоположных конфигураций. Однако ученые выдвинули гипотезу, что в ромбоэдрическом графене электроны могут образовывать пары с выровненными спинами. В таком случае внешнее магнитное поле будет действовать на оба спина одинаково, сохраняя их связь и сверхпроводящее состояние.
Таким образом, открытие закладывает фундамент для новой эры в физике. Оно демонстрирует существование целого семейства нетрадиционных сверхпроводников внутри обычного графита. Перспективы поражают воображение, ведь теперь ученые стоят на пороге создания полностью управляемых квантовых систем, основанных на этом дешевом и доступном материале.
Ранее ученые создали «телескоп» для наблюдения за вычислительной физикой будущего. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru