Bilim adamları, ilk olarak 2017’de tahmin edilen zor bir süper iletken durumu keşfettiler

Çığır açan bir deneyde, Groningen Üniversitesi’nden araştırmacılar, Hollanda’daki Nijmegen ve Twente Üniversiteleri ve Çin’deki Harbin Teknoloji Enstitüsü’nden meslektaşları ile işbirliği yaptı. Birlikte, ilk olarak 2017’de tahmin edilen bir süper iletken durumun varlığını doğruladılar.

Süper iletken FFLO durumunun benzersiz bir biçimi için kanıt oluşturan bulguları yakın zamanda dergide yayınlandı. doğa. Bu atılım, özellikle süper iletken elektronik alanında etkili olma potansiyeline sahiptir.

Bu, Hollanda’daki Groningen Üniversitesi’nde Karmaşık Malzemeler için Cihaz Fiziği Grubu Başkanı ve FFLO’nun süper iletken durumu hakkındaki Nature makalesinin baş yazarı Prof. Dr. Justin Yee. Kredi bilgileri: Sylvia Germes

Makalenin baş yazarı, Groningen Üniversitesi’nde Karmaşık Malzemeler için Cihaz Fiziği grubuna başkanlık eden Profesör Justin Yee’dir. Ye ve ekibi, Ising süperiletken vakası üzerinde çalışıyorlar. Bu, genel olarak süperiletkenliği yok eden manyetik alanlara direnebilen özel bir durum ve o kadardı. Ekip bunu 2015’te açıkladı.

2019’da oluşturdular Çift katmanlı molibden disülfid içeren cihaze, iki katmanda bulunan Ising süperiletken durumlarıyla ilişkilendirilebilir. İlginç bir şekilde, Ye ve ekibinin yarattığı cihaz, bir elektrik alanı kullanarak bu korumayı açıp kapatmayı mümkün kılarak süper iletken bir transistör elde edilmesini sağlıyor.

anlaşılması zor

Ising’in çift süper iletken cihazı, süper iletkenlik alanında uzun süredir devam eden bir soruna ışık tutuyor. 1964’te dört bilim adamı (Fulde, Ferrell, Larkin ve Ovchinnikov), FFLO durumu olarak adlandırılan, düşük sıcaklık ve güçlü manyetik alan koşulları altında var olabilen özel bir süper iletken durum öngördü.

Standart süperiletkenlikte, elektronlar Cooper çiftleri olarak zıt yönlerde hareket eder. Aynı hızda hareket ettikleri için bu elektronların toplam momentumları sıfırdır. Bununla birlikte, FFLO durumunda, net bir kinetik momentum anlamına gelen Cooper çiftlerindeki elektronlar arasında çok az hız farkı vardır.

Ye, “Bu durum çok zor ve sıradan süper iletkenler olduğunu iddia eden yalnızca birkaç malzeme var” diyor. Ancak bunların hiçbiri kesin değil.

Bu faz diyagramı, faz diyagramının büyük bir bölümünü kaplayan anizotropik altı katlı bir yörünge durumunun varlığını göstermektedir. Sağ üst köşede, şematik çizimler, süperiletken sipariş parametresinin uzamsal modülasyonunu göstermektedir. Kredi: P. Wan/Groningen Üniversitesi

Geleneksel bir süper iletkende FFLO durumunu oluşturmak için güçlü bir manyetik alan gereklidir. Ancak manyetik alanın oynadığı role ince ayar yapılması gerekiyor. Basitçe söylemek gerekirse, manyetik alanın iki rol oynaması için Zeeman etkisini kullanmamız gerekiyor. Bu, elektronları dönme yönlerine (manyetik moment) göre Cooper çiftlerine ayırır, ancak yörünge etkisine göre değil – genellikle süper iletkenliği yok eden diğer rol.

Yi, “Süper iletkenlik ile dış manyetik alan arasında hassas bir müzakere” diye açıklıyor.

parmak izi

İlk yazar Buhua Wan, Cooper çiftlerinde gerçekten de sonlu bir momentum olduğunu göstermek için tüm gereklilikleri karşılayan örnekler üretti. Kredi: P. Wan/Groningen Üniversitesi

Ye ve işbirlikçileri tarafından sunulan ve dergide yayınlanan süperiletkenliktir. Bilimler 2015 yılında Zeeman etkisini bastırdı. Ye, “Geleneksel FFLO’yu mümkün kılan temel bileşeni filtreleyerek, manyetik alanın diğer rolünü, yani yörünge etkisini oynaması için geniş bir alan açtık” diyor.

Yi, “Kağıdımızda gösterdiğimiz şey, Ising süper iletkenindeki yörünge etkisine dayalı FFLO durumunun açık bir izidir” diye açıklıyor. “Bu, ilk olarak 2017’de teorik olarak açıklanan alışılmadık bir FFLO vakası.” Geleneksel süper iletkenlerdeki FFLO durumu, oluşmasını zorlaştıran çok düşük sıcaklıklar ve çok güçlü manyetik alanlar gerektirir. Bununla birlikte, Ye’s Ising süper iletkeninde, duruma daha zayıf bir manyetik alanla ve daha yüksek sıcaklıklarda ulaşılır.

transistörler

Aslında Yi, FFLO durumunun belirtilerini ilk kez 2019’da molibden disülfit için süper iletken cihazında fark etti. Yi, “O zamanlar bunu kanıtlayamadık çünkü örnekler yeterince iyi değildi” diyor. Ancak doktora derecesini aldı. Öğrenci Puhua Wan o zamandan beri Cooper çiftlerinde gerçekten de sonlu bir momentum olduğunu göstermek için tüm gereklilikleri karşılayan malzeme örnekleri üretmeyi başardı. Ye, “Asıl denemeler altı ay sürdü, ancak sonuçları analiz etmek bir yıl daha ekledi” diyor. Wan ilk yazarıdır. doğa kağıt.

Bu yeni süper iletken durumun daha fazla araştırılması gerekiyor. Siz: “Bu konuda öğrenilecek çok şey var. Örneğin, kinetik momentum fiziksel parametreleri nasıl etkiler? Bu durumu incelemek, süperiletkenlik hakkında yeni bilgiler sağlayacaktır. Bu, transistörler gibi cihazlarda bu durumu kontrol etmemizi sağlayabilir. Sıradaki görevimiz bu.”

Referans: Puhua Wan, Oleksandr Zheliuk, Noah FQ Yuan, Xiaoli Peng, Le Zhang, Minpeng Liang, Uli Zeitler, Steffen Wiedmann, Nigel E. doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-05967-z