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 Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Нуклеосомы — основные «катушки» упаковки ДНК — почти всегда находятся в искаженном состоянии, а не в аккуратной и стабильной форме, как считалось десятилетиями. Именно через такие микроскопические изменения, как выяснили ученые, клетка регулирует работу генов — а значит, управляет развитием, реакцией на внешние раздражители и даже возникновением болезней.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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