Foto: Hebrew University of Jerusalem / AI-assisted illustration

Objev skrytých supravodivých stavů

Vědci z Hebrejské univerzity v Jeruzalémě odhalili skrytou složitost uvnitř dvou ultratenkých supravodičů, které se zdály být mnohem jednodušší, než ve skutečnosti jsou. Niobium diselenid a tantal disulfid se jevily jako materiály s jedním supravodivým stavem, ale vysoce citlivá měření odhalila, že každý z nich ve skutečnosti obsahuje dva silně interagující stavy, které spolupracují tak úzce, že se tváří jako jeden.

Autor původního článku: redakce

Význam objevu pro budoucnost technologií

Objev těchto skrytých struktur by mohl v budoucnu umožnit vědcům navrhovat supravodivé materiály a zařízení s větší kontrolou a přesností. Jak se vědci snaží vyvíjet kvantové počítače, ultra-efektivní elektroniku a další pokročilé technologie, detailní pochopení chování elektronů uvnitř supravodičů se stane stále důležitějším.

Supravodivost je fascinující jev, kdy materiály mohou přenášet elektrický proud bez energetických ztrát. Tyto neobvyklé vlastnosti by mohly v budoucnu podporovat technologie od ultra-efektivní elektroniky po pokročilé lékařské systémy.

Jednoduchost, která klamala

Jedním z nejlépe studovaných příkladů je niobium diselenid (NbSe2). Když vědci snížili materiál na pouhé několik atomových vrstev, experimenty ukázaly relativně jednoduché supravodivé chování. Materiál se zdál mít jeden energetický gap, což je klíčová charakteristika, která odráží, jak se elektrony párují, aby se mohly pohybovat bez elektrického odporu.

Vědci však měli důvod podezřívat, že tento jednoduchý obraz není úplný.

Dva supravodivé stavy skryté jako jeden

Studii vedli doktorand Shahar Simon a magistrantka Maya Klang pod vedením profesora Odeda Milla a profesora Hadara Steinberga z Racahova institutu fyziky a Centra pro nanovědu a nanotechnologie na Hebrejské univerzitě v Jeruzalémě. Výzkum byl publikován v časopise Physical Review Letters.

S pomocí vysoce citlivých měření tunelové spektroskopie vědci zjistili, že NbSe2 se nechová jako jednoduchý supravodič řízený pouze jedním supravodivým řádem. Místo toho obsahuje dva různé supravodivé řády, které interagují tak silně, že se jeví jako jeden.

Stejné skryté chování bylo identifikováno v úzce příbuzném materiálu TaS2. „Je to trochu jako poslouchat, co zní jako jeden zpěvák, jen abyste zjistili, že je to ve skutečnosti dokonale synchronizovaný duet,“ řekli vědci.

Komplexnější obraz supravodivosti

Tento objev poskytuje vysvětlení pro hádanku, která zůstávala nevyřešena po léta. Tradiční teorie nemohly plně reprodukovat detailní tvar supravodivého energetického spektra pozorovaného v dřívějších experimentech.

Použitím pokročilejšího modelu, který zahrnuje dva odlišné supravodivé řády, byli vědci z Hebrejské univerzity schopni vysvětlit experimentální měření mnohem přesněji. Stejný přístup také vysvětlil, jak se materiály chovají, když jsou aplikována magnetická pole.

Výsledky naznačují další složitost v tlustších formách materiálu. Podle zjištění může hromadný NbSe2 obsahovat tři interagující supravodivé řády, což naznačuje, že supravodivost v těchto materiálech je bohatší, než se dříve předpokládalo.