Ученые обнаружили существование нестандартного сверхпроводящего состояния FFLO, которое было предсказано шесть лет назад. Авторы использовали устройство Изинга, которое умеет противостоять магнитным полям, обычно разрушающим сверхпроводимость. В результате исследователи смогли достичь состояния FFLO, не прибегая к чрезвычайно низким температурам и сильному магнитному полю. Полученные данные расширят представления о сверхпроводимости и потенциально могут быть использованы в электронике. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Некоторые материалы обладают сверхпроводимостью, то есть они имеют нулевое электрическое сопротивление, как только достигают температуры ниже определенного значения. Обычно сверхпроводимость нарушается при попадании тела в магнитное поле, однако сверхпроводящее состояние Изинга способно ему противостоять. Ученые описали его в 2015 году, а в 2019 собрали устройство Изинга, состоящее из двойного слоя дисульфида молибдена (MoS2), которое объединяло состояния сверхпроводимости двух слоев.
В 1964 году было предсказано особое сверхпроводящее состояние FFLO, которое могло бы существовать при низких температурах и сильном магнитном поле. В условиях стандартной сверхпроводимости электроны движутся в противоположных направлениях, формируя куперовские пары. Так как скорость электронов одинаковая, их общий кинетический импульс равен нулю. Однако состояние FFLO отличается тем, что скорости у электронов немного различаются, а следовательно, существует суммарный кинетический импульс.
Чтобы создать состояние FFLO в обычном сверхпроводнике, недостаточно организовать только магнитное поле, необходимо также использовать эффект Зеемана. Согласно этому эффекту при наложении магнитного поля магнитные моменты электронов, которые до этого были направлены в случайную сторону, ориентируются по полю или против него. При этом орбитальный эффект электронов не меняется.
Международный коллектив ученых смог достичь состояния FFLO в установке Изинга. Так как сверхпроводимость Изинга подавляла эффект Зеемана, авторы сфокусировались только на орбитальном эффекте.
«То, что мы продемонстрировали в нашей статье, является четким отпечатком состояния FFLO, обусловленного орбитальным эффектом, в нашем сверхпроводнике Изинга. Это нетрадиционное состояние FFLO, впервые теоретически описанное в 2017 году», — рассказывают авторы исследования.
Состояние FFLO в обычных сверхпроводниках достигается при очень низкий температурах и при сильном магнитном поле, эти условия затрудняют его создание. Однако в сверхпроводнике Изинга состояние FFLO достигалось при более слабом магнитном поле и при более высоких температурах.
На самом деле, исследователи заметили признаки состояния FFLO в своей молибденовой установке еще в 2019 году. Однако качество устройства было недостаточным. Только устранив все неполадки, авторы смогли показать, что у куперовских пар был конечный импульс, а следовательно, зафиксировано было именно состояние FFLO.
«Об этом новом сверхпроводящем состоянии еще многое предстоит узнать. Например, как кинетический импульс влияет на физические параметры? Изучение этого состояния даст новое представление о сверхпроводимости, которое может позволить нам контролировать это состояние в таких устройствах, как транзисторы. Это наша следующая задача», — дополняют ученые.
Автор: Анна Дегтярь.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
