• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
25 мая, 11:02
Evgenia Vavilova
1 640

Физики нашли сверхпроводник с собственным магнетизмом

❋ 5.9

Долго считалось, что один материал не может проявлять одновременно сверхпроводящие и магнитные свойства. Недавно физики нашли такой сверхпроводник — ромбоэдрический графен.

Иллюстрация пар сверхпроводящих электронов в ромбоэдрическом графене. Направление вращения частиц по или против часовой стрелки окрашено розовым и синим соответственно. / © Sampson Wilcox, Research Laboratory of Electronics
Изображение пар сверхпроводящих электронов в ромбоэдрическом графене. Направление вращения частиц по или против часовой стрелки окрашено розовым и синим соответственно / © Sampson Wilcox, Research Laboratory of Electronics

Графит, пишущая часть карандашей, состоит из множества слоев графена — листов углерода толщиной в один атом. В графите эти листы лежат друг на друге, связь между ними слабая, графит легко расслоить, поэтому карандаш оставляет следы на бумаге. Обычно слои графена лежат друг на друге со сдвигом и повторяются через один. Но иногда встречаются небольшие участки, где графен уложен в другой конфигурации: со слоями, смещенными как ступени лестницы. В такой комбинации атомы углерода располагаются в пространстве в форме ромбов, а структуру материала называют ромбоэдрической.

Физики Массачусетского технологического института (MIT, США) обнаружили, что когда четыре или пять слоев графена сложены в этой «ромбоэдрической» конфигурации, полученная структура проявляет особые свойства. Этот «хиральный сверхпроводник» проводит электричество без сопротивления и обладает внутренней намагниченностью. Статья о работе опубликована в журнале Nature.

Эта команда физиков давно изучает свойства пятислойного ромбоэдрического графена. Совсем недавно они обнаружили, что такая конфигурация позволяет электронам разделяться на фракции, если положить под нее нитрид бора под строго определенным углом.

Ученые сосредоточились на исследовании того, как разделенные электроны ведут себя в разных условиях. Физики обнаружили, что при охлаждении до 300 милликельвин (около минус 273 градусов Цельсия) материал становится сверхпроводником — электрический ток может протекать через него без сопротивления. А при изменении внешнего магнитного поля материал переключается между двумя разными сверхпроводящими состояниями. Это показывает, что сверхпроводник обладает некоторой внутренней, собственной намагниченностью. Другие сверхпроводники на такое не способны.

Когда ученые изменили полярность магнитного поля, материал сохранял свое сверхпроводящее состояние, за исключением двух непродолжительных отрезков времени, по одному для каждой полярности. Сопротивление кратковременно возрастало, затем возвращалось к нулю, и материал снова становился сверхпроводящим.

«Если бы это был обычный сверхпроводник, он бы просто оставался при нулевом сопротивлении, пока магнитное поле не достигло бы критической точки, где сверхпроводимость бы исчезла. Вместо этого этот материал, похоже, переключается между двумя сверхпроводящими состояниями как магнит, который сначала направлен вверх, а затем может перевернуться вниз при приложении магнитного поля. Это сверхпроводник, ведущий себя как магнит, и это полная неожиданность», — говорит Зах Хаджри (Zach Hadjri), один из авторов статьи.

Команда подтвердила найденный эффект на шести опытных образцах. Ученые предполагают, что уникальная конфигурация ромбоэдрического графена — ключевое условие для проявления найденных свойств. Материал имеет очень простую структуру атомов углерода. При охлаждении до сверхнизких температур тепловые колебания сводятся к минимуму, что позволяет любым электронам, протекающим через материал, замедляться, чувствовать друг друга и взаимодействовать.

Такие квантовые взаимодействия могут привести к образованию электронных пар и сверхпроводимости. Эти взаимодействия также могут способствовать согласованному поведению электронов — они могут занимать одно из двух противоположных состояний импульса, или энергетических «долин». Когда все электроны находятся в одной долине, они «вращаются» в одном направлении.

В обычных сверхпроводниках электроны могут занимать любую долину, и любая пара электронов обычно состоит из электронов противоположных долин, которые компенсируют друг друга. В результате пара в целом имеет нулевой импульс и не вращается.

Однако в обнаруженной учеными структуре все электроны взаимодействуют так, что разделяют одну и ту же «долину» или состояние импульса. Когда электроны затем объединяются в пары, сверхпроводящая пара в целом имеет ненулевой импульс и вращение, что — вместе со многими другими парами — может создавать внутреннюю сверхпроводящую намагниченность.

«Можно представить, что два электрона в паре вращаются по часовой стрелке или против часовой стрелки, что соответствует магниту, направленному вверх или вниз. Мы считаем, что это первое наблюдение сверхпроводника, ведущего себя как магнит, благодаря орбитальному движению электронов. Это хиральный сверхпроводник, уникальный случай. Он также является кандидатом в топологические сверхпроводники, что может обеспечить устойчивые квантовые вычисления», — объяснил Тонгхан Хан (Tonghang Han), другой автор статьи.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Евгения Вавилова — научпоп автор, специализирующийся на популярной физике. Выпускница физического факультета, более 10 лет пишет о новейших открытиях в квантовой механике, астрофизике и теоретической физике. Евгения умеет объяснять сложные концепции простым языком и регулярно публикует материалы, основанные на первоисточниках — научных статьях и интервью с исследователями.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
11 июля, 17:47
Денис Яковлев

Международная команда ученых оценила связь между длительностью физической активности, ее интенсивностью, риском смерти от всех причин и вероятностью развития сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний.

10 июля, 13:16
ФизТех

Кража лошадей была серьезной проблемой для крестьянских хозяйств в Российской империи. Особенности этого явления, включающие жестокие уголовные наказания, крестьянский самосуд и межэтнические конфликты, выявили в ходе исследования юридических источников историки из МФТИ и РЭУ имени Г.В. Плеханова.

12 июля, 09:23
Александр Березин

Исследователи разобрались с тем, что происходит в организме пластикоядных гусениц при поедании и переваривании самого распространенного пластика. Оказалось, что для их здоровья это не проходит бесследно, но, похоже, есть способ помочь и гусеницам, и осуществляемому ими процессу разрушения искусственных полимеров.

8 июля, 09:23
Полина Меньшова

Принято считать, что люди с развитыми когнитивными способностями отличаются высокими моральными принципами. Ученые из Великобритании решили проверить этот тезис научными методами и пришли к противоположному выводу.

9 июля, 08:26
Полина Меньшова

Подобрать тип физической активности, который лучше всего подходит человеку, можно исходя из особенностей его характера. Психологи из Великобритании определили, что люди с разными чертами личности получают больше удовольствия от разных видов спорта.

9 июля, 12:05
Редакция Naked Science

В июне 2025 года ВК покинули 1,2 миллиона авторов контента. Это резкое ускорение их бегства в сравнении с предшествующими месяцами. Одновременно число авторов на других платформах растет, в результате по этому показателю соцсеть обогнал не только Telegram, но и запрещенный Instagram*. Причиной происходящего многие наблюдатели посчитали совокупность решений менеджмента компании за последние годы.

17 июня, 16:49
Адель Романова

Радиотелескопы уловили очень короткий сигнал, и по его характеристикам стало ясно, что он не может быть естественного происхождения. Астрономы пришли к выводу, что источник находился в околоземном пространстве — там, где уже более полувека летает «мертвый» аппарат NASA.

25 июня, 15:19
ФизТех

Группа российских ученых из Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН и МФТИ провела детальное численное исследование источников шума, генерируемых крылом прототипа сверхзвукового бизнес-джета в режиме посадки. Эта работа, сочетающая передовые методы вычислительной гидродинамики и аэроакустики, впервые позволила с высокой точностью локализовать и охарактеризовать основные зоны шумообразования вблизи полноразмерной геометрии крыла модели прототипа сверхзвукового пассажирского самолета в посадочной конфигурации.

2 июля, 11:17
Юлия Тарасова

Результаты эксперимента в США в будущем могут позволить добиться разрешения на использование отработанной конопли в качестве кормовой добавки в животноводстве.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Закрыть
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно