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 Изучив данные о скорости изменения температур ледяных спутников пятой и шестой планеты системы, астрономы обнаружили, что она слишком высока для по-настоящему ледяной поверхности. Оказалось, что эти тела покрыты материалом, по своим свойствам резко отличающимся от земного льда.
Палеонтологи описали новый вид ископаемой птицы мелового периода, жившей на территории современного Китая 121 миллион лет назад. У маленькой птички размером с воробья были два необычайно длинных хвостовых пера, вдвое превышающих длину ее тела. Перья, по всей видимости, носили декоративный характер и двигались только вверх и вниз, что напоминает брачные игры самцов современных птиц.
Черные дыры, возможно, не такие «сломанные» объекты, как считалось полвека. Автор нового исследования показал, что даже в рамках Общей теории относительности черная дыра может избежать сингулярности — точки, где законы физики перестают работать. Если он прав, новая теория гравитации для «спасения» физики внутри космических «монстров» не понадобится.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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