MIT hittar grafensuperledare som stärks i magnetfält

Forskare vid MIT har funnit att romboedriskt grafen – atomtunna lager av grafit staplade i ett specifikt mönster – kan hysa minst fyra distinkta supraledande tillstånd, varav flera trotsar konventionell fysik genom att överleva och till och med stärkas i närvaro av ett magnetfält. Resultaten, som publicerades den 29 juni i Nature, avslöjar vad teamet beskriver som "en ny familj av magnetfältsförstärkta supraledare".news.mit+1

Supraledning som trotsar magnetfält

Magnetfält förstör normalt supraledning. I konventionella supraledare har parade elektroner motsatta spinn, och ett applicerat magnetfält drar isär dessa spinn och bryter paren. Men i experiment ledda av MIT-fysikern Long Ju kvarstod tre av de fyra supraledande tillstånd som upptäcktes i romboedriskt grafen under magnetfält på upp till cirka 9 tesla – ungefär 180 000 gånger starkare än jordens magnetfält.news.mit

Ännu mer slående är att när forskarna applicerade ett vinkelrätt magnetfält vid en viss elektrontäthet, överlevde inte bara supraledningen – den blev starkare. "Supraledningen förstärks faktiskt, det vill säga övergångstemperaturen går från 55 millikelvin till förmodligen 90 millikelvin", förklarade Ju. "Samtidigt kan materialet ta ytterligare 50 eller 60 procent extra ström innan supraledningen förstörs. Och det är mycket ovanligt."news.mit

En ny mekanism för elektronparning

Teamet föreslår att i romboedriskt grafen, vid vissa elektrontätheter, kan elektroner para sig med sina spinn justerade snarare än motsatta. I denna konfiguration drar ett magnetfält båda spinn i samma riktning, vilket bevarar deras justering och deras supraledande beteende istället för att störa det.news.mit

Upptäckten bygger på tidigare arbete av Jus grupp, som förra året rapporterade den första observationen av "kiral supraledning" i samma material – ett tillstånd som kombinerar supraledning med inneboende magnetism som uppstår från elektronernas orbitalrörelse.news.mit+1

Implikationer för okonventionell supraledning

Resultaten etablerar romboedriskt grafen som en plattform som hyser flera okonventionella supraledande tillstånd inom ett och samma material. Även om de inblandade temperaturerna förblir långt under praktiska tröskelvärden – tiotals millikelvin över den absoluta nollpunkten – erbjuder resultaten fysiker ett nytt system för att studera exotiska former av supraledning och spinn-triplet-parningsmekanismer som länge teoretiserats men sällan observerats.nature+1