Сверхпроводимость — это физическое явление, при котором электрическое сопротивление некоторых материалов становится равным нулю ниже определённых критических температур. Это явление возникает благодаря образованию так называемых куперовских пар (то есть пар электронов).
Существует два известных типа сверхпроводимости: обычная и необычная. В обычных сверхпроводниках образование куперовских пар происходит за счёт взаимодействия электронов и фононов (то есть колебаний в кристаллической решётке), как объясняется теорией Бардина-Купера-Шриффера (БКШ).
Неординарные сверхпроводники — это материалы, которые демонстрируют сверхпроводимость, не обусловленную электрон-фононным взаимодействием. Хотя многие прошлые исследования пытались пролить свет на механизмы, лежащие в основе необычной сверхпроводимости, её физика остаётся плохо изученной.
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT), Гарвардского университета и Национального института материаловедения в Японии недавно попытались лучше понять механизмы, лежащие в основе необычной сверхпроводимости, наблюдаемой в твист-графеновых моiré гетероструктурах. Эти материалы состоят из сложенных листов графена, повёрнутых друг относительно друга под углом примерно 1,1°.
Их статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters, раскрывает большую и настраиваемую кинетическую индуктивность (то есть сопротивление изменениям тока, вызванное инерцией носителей заряда) в твист-трёхслойном графене, предлагая новое понимание основ сверхпроводимости в моiré материалах.
«Это был настоящий момент, когда Пабло Харилло-Эрреро и его команда обнародовали сенсационное открытие в 2018 году», — рассказал Phys.org Паритош Карнатак, соавтор статьи. «Они продемонстрировали, что два слоя графена, повёрнутые друг относительно друга под определённым малым углом, проявляют сверхпроводимость в определённом диапазоне легирования (числовой плотности носителей заряда) и другие неожиданные коррелированные состояния».
После ознакомления с работой Харилло-Эрреро и его коллег исследователи приступили к проведению собственных исследований, сосредоточившись на сверхпроводимости твист-графеновых моiré материалов. Их особенно заинтересовали результаты, указывающие на то, что эти материалы являются неординарными сверхпроводниками, которые в некотором смысле напоминают высокотемпературные сверхпроводники (то есть материалы, проявляющие нулевое сопротивление при температурах, значительно превышающих те, которые предсказываются теориями обычной сверхпроводимости).
«В сверхпроводнике из твист-графена можно изменить состояние легирования, просто настроив ручку, на практике изменяя напряжение на затворе, в то время как в твердотельном высокотемпературном сверхпроводнике это невозможно, там нужно вырастить новый кристалл для каждого желаемого легирования», — сказал Карнатак. «Наша основная цель состояла в том, чтобы увидеть, сможем ли мы реализовать сверхпроводящие переходы, часто называемые переходами Джозефсона, в стопке твист-графена с магическим углом и, через характеристику переходов, выявить некоторые свойства этого сверхпроводящего состояния».