Сверхпроводимость под микроскопом: муаровые материалы открывают новые горизонты изучения

Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха разработали инновационную технологию создания искусственных кристаллических решеток, используя муаровые материалы.

Этот прорыв может помочь нам лучше понять такие сложные явления, как сверхпроводимость.

Электроны, являясь основными составляющими всех электрических явлений, могут проявлять необычные свойства, такие как сверхпроводимость, когда электричество течет без сопротивления. Однако изучение этих взаимодействий представляет собой значительную проблему для физиков.

Муаровые материалы традиционно создаются путем наложения двух сверхтонких атомных слоев, слегка смещенных относительно друг друга. Эта конфигурация создает интерференционную картину, называемую эффектом муара, похожую на визуальное явление, которое можно наблюдать при наложении двух сеток с повторяющимися узорами.

Швейцарская команда использовала этот принцип иначе. Новая методика основывается на нескольких ключевых принципах:

1. Создание искусственной кристаллической решетки с увеличенным параметром сетки.
2. Снижение кинетической энергии электронов для выделения их взаимодействий.
3. Разделение электрического поля и материала, в котором находятся электроны.
4. Использование экситонов как зондов для наблюдения за поведением электронов.

Экспериментальное устройство включает два слоя нитрида бора, расположенных под углом менее 2 градусов друг к другу, с атомным слоем диселенида молибдена, полупроводника, расположенным ниже. Периодическое электрическое поле, возникающее из эффекта муара, воздействует на электроны полупроводника, создавая искусственную решетку с более крупным параметром, чем у природных материалов.

Преимущество этой конфигурации заключается в том, что электрическое поле воздействует только на заряженные электроны, не затрагивая нейтральные. Эти нейтральные электроны образуют "дыры", которые служат зондами для косвенного наблюдения за поведением электронов.

Этот метод открывает новые горизонты для квантовой физики. Изменяя количество электронов в полупроводнике с помощью электрического напряжения, исследователи уже наблюдали удивительные явления: когда одна треть или две трети узлов решетки заняты электронами, они образуют регулярные структуры.

Это открытие важно для понимания перехода некоторых изоляторов в сверхпроводники. Будущие исследования могут быть связаны с изучением процессов, при которых электроны перемещаются между слоями, приобретая "псевдоворот" наряду с их внутренним вращением. Эта область может привести к наблюдениям экзотических квантовых явлений, таких как "жидкостные хиральные спины".

Этот прорыв открывает новую эру в изучении электронных взаимодействий и дает ученым инструменты для разгадки некоторых из самых фундаментальных и сложных явлений в физике, передает futura-sciences.

Уточнения

Сверхпроводи́мость — свойство некоторых материалов проводить электрический ток без затухания, сопровождающееся одновременным полным или частичным вытеснением магнитного поля из объёма сверхпроводника (явлением, известным как эффект Мейснера).