Ученые показали путь к управлению сверхпроводимостью
Коллектив российских ученых провел теоретическое исследование взаимодействия ферромагнетизма и сверхпроводимости в двумерной гетероструктуре. Им удалось продемонстрировать, как в подобных системах возможно управлять сверхпроводимостью и спиновым расщеплением с помощью внешнего воздействия.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Materials. История изучения взаимодействия между ферромагнитными и сверхпроводящими материалами насчитывает несколько десятилетий. Сверхпроводимость и ферромагнетизм традиционно воспринимаются как конкурирующие состояния. Исследования уже давно показали, что в трехмерных (содержащих как минимум десятки атомарных слоев) системах присутствие ферромагнетиков может подавлять сверхпроводимость.
Новый толчок к развитию физики эффектов близости дало открытие двумерных материалов (часто также называемых ван-дер-ваальсовыми). Эти материалы, обладающие уникальными физическими свойствами, делают возможным создание гетероструктур, обладающих уникальными физическими свойствами, которые предлагается использовать в высокотехнологичных приложениях, таких как квантовые компьютеры и передовые сенсоры.
С момента открытия графена выпускниками Физтеха Андреем Геймом и Константином Новоселовым, физики начали активно изучать электрические и магнитные свойства двумерных материалов. Недавние исследования укрепили существующий интерес к ван-дер-ваальсовым гетероструктурам, показывая, как свойства проводящих электронов могут управлять физическими характеристиками этих систем.
Новая работа ученых из МФТИ с коллегами, ставит перед собой амбициозную цель: выяснить, как можно управлять магнитными и сверхпроводящими эффектами в таких структурах, а также к каким открытиям эти процессы могут привести в области спинтроники.
Ученые сосредоточили свое внимание на эффекте близости в бислойных 2D гетероструктурах Ван-дер-Ваальса, используя в качестве примера сверхпроводник NbSe2 и ферромагнетик VSe2. Проблема взаимодействия между магнитными и сверхпроводящими свойствами в ван-дер-ваальсовых гетероструктурах представляет особый интерес из-за того, что границей раздела между материалами по сути является вся гетероструктура.
Эффекты близости представляют собой явления, возникающие из взаимного влияния электронов из разных материалов друг на друга. Даже в трехмерных гетероструктурах взаимодействие между различными слоями может сильно варьироваться в зависимости от их толщины и природы материалов. В случае двумерных гетероструктур многообразие возможных эффектов становится еще больше.
Кроме того, двумерные материалы обладают интересной особенностью – их электронные свойства могут значительно регулироваться путем приложения напряжения затвора. В контексте гетероструктур (слоистых структур из разных материалов) этот метод позволяет управлять взаимодействием между слоями. Посредством моделирования многослойных систем с использованием электронных спектров отдельных слоев, исследователи выяснили, что влияние ферромагнетиков на сверхпроводимость может быть значительно усилено за счет приложения напряжения затвора.
В ходе работы ученые провели моделирование системы с использованием гамильтониана сильной связи, что позволило проанализировать зависимости сверхпроводящего параметра порядка от обменного поля ферромагнитного слоя. Детальные расчеты электронных спектров были произведены с помощью метода теории функционала плотности.
«Мы представили результаты, показывающие, как возможно не только включать и выключать сверхпроводимость, но и управлять спиновым расщеплением в электронных спектрах. Более того, наличие одновременно спинового расщепления и сильной спин-орбитальной связи открывает перспективы для создания электрически управляемых двумерных зеемановских (спиново расщепленных) сверхпроводников, — пояснил Григорий Бобков, сотрудник лаборатории фотоэлектронной спектроскопии квантовых функциональных материалов МФТИ. — При этом, изменяя приложенное напряжение, мы получаем возможность менять амплитуду и знак спинового расщепления в сверхпроводящих спектрах, что открывает новые интересные перспективы в области спинтроники и спиновой калоритроники».
«Рассматривая конкретный пример гетероструктуры из NbSe2 и VSe2, мы изучили физику эффектов близости в 2D ван-дер-ваальсовых гетероструктурах. Мы получили, что электронные спектры, и, как следствие, сверхпроводящие характеристики, зависят от силы взаимодействия между слоями. Нам удалось наглядно продемонстрировать, как изменение химических потенциалов слоев приводит к изменению поведения электронных спектров, а также к изменению амплитуды и знака спинового расщепления, — рассказал Александр Бобков, старший научный сотрудник Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ. — Результаты нашей работы подчеркивают потенциал создания высокоэффективных термоэлектрических устройств и открывают перспективы в низко диссипативной спинтронике».
Полученные результаты продемонстрировали, что поведение системы может иметь многообразные характеристики в зависимости от химических потенциалов и степени гибридизации между слоями. Они предоставляют возможность не только глубже понять физику взаимодействий в многослойных гетероструктурах, но и открывает новые возможности в проектировании высокоэффективных устройств на основе 2D-материалов с целью применения в спинтронике.
Работа была поддержана проектом Российского Научного Фонда.
Опубликовано при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» № 075-15-2024-571.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно