Квантовый предел, который считался нерушимым — физики сломали его слоем металла толщиной в три атома
NewsMakerПорог, при котором сверхпроводимость обязана исчезнуть, помогли преодолеть… графен и галлий.
Физики показали, что сверхпроводимость можно сохранить в гораздо более сильном магнитном поле, чем считалось возможным для подобных материалов. Для этого они не взяли привычные соединения с тяжелыми элементами, а построили очень тонкую трехслойную конструкцию с галлием, графеном и карбидом кремния. Именно на границах между этими слоями возникли квантовые эффекты, которые помогли галлию удержать сверхпроводящие свойства там, где обычный сверхпроводник уже перестал бы работать.
Работу выполнила междисциплинарная команда из Университета штата Пенсильвания. Статью опубликовали в Nature Materials. Исследователи вырастили пленку галлия толщиной всего в три атомных слоя, поместили ее на подложку из карбида кремния и накрыли сверху графеном. Получившаяся структура сохранила сверхпроводимость в магнитном поле, направленном вдоль поверхности материала. Причем поле оказалось намного сильнее предела, который обычно считают критическим для разрушения сверхпроводящего состояния.
Чтобы понять смысл результата, нужно вспомнить, как вообще работает сверхпроводимость . В обычном проводнике ток сталкивается с сопротивлением, поэтому часть энергии неизбежно уходит в тепло. В сверхпроводнике сопротивление исчезает, и ток течет без потерь. Такой режим возникает при очень низкой температуре, когда электроны перестают вести себя как отдельные частицы и объединяются в куперовские пары. В таком состоянии пары движутся согласованно и не теряют энергию на рассеяние.
У большинства сверхпроводников есть серьезное ограничение. Сильное магнитное поле разрушает куперовские пары, и материал теряет сверхпроводящие свойства. Для этого существует хорошо известный ориентир, который называют парамагнитным пределом Паули. Когда поле становится слишком сильным, спины электронов в паре уже не удерживаются в нужной конфигурации, связь распадается, и сверхпроводимость исчезает. Именно поэтому сверхпроводники трудно использовать в условиях, где без сильных магнитных полей не обойтись.
Физики показали, что сверхпроводимость можно сохранить в гораздо более сильном магнитном поле, чем считалось возможным для подобных материалов. Для этого они не взяли привычные соединения с тяжелыми элементами, а построили очень тонкую трехслойную конструкцию с галлием, графеном и карбидом кремния. Именно на границах между этими слоями возникли квантовые эффекты, которые помогли галлию удержать сверхпроводящие свойства там, где обычный сверхпроводник уже перестал бы работать.
Работу выполнила междисциплинарная команда из Университета штата Пенсильвания. Статью опубликовали в Nature Materials. Исследователи вырастили пленку галлия толщиной всего в три атомных слоя, поместили ее на подложку из карбида кремния и накрыли сверху графеном. Получившаяся структура сохранила сверхпроводимость в магнитном поле, направленном вдоль поверхности материала. Причем поле оказалось намного сильнее предела, который обычно считают критическим для разрушения сверхпроводящего состояния.
Чтобы понять смысл результата, нужно вспомнить, как вообще работает сверхпроводимость . В обычном проводнике ток сталкивается с сопротивлением, поэтому часть энергии неизбежно уходит в тепло. В сверхпроводнике сопротивление исчезает, и ток течет без потерь. Такой режим возникает при очень низкой температуре, когда электроны перестают вести себя как отдельные частицы и объединяются в куперовские пары. В таком состоянии пары движутся согласованно и не теряют энергию на рассеяние.
У большинства сверхпроводников есть серьезное ограничение. Сильное магнитное поле разрушает куперовские пары, и материал теряет сверхпроводящие свойства. Для этого существует хорошо известный ориентир, который называют парамагнитным пределом Паули. Когда поле становится слишком сильным, спины электронов в паре уже не удерживаются в нужной конфигурации, связь распадается, и сверхпроводимость исчезает. Именно поэтому сверхпроводники трудно использовать в условиях, где без сильных магнитных полей не обойтись.