Το MIT ανακάλυψε υπεραγωγούς γραφενίου που ενισχύονται σε μαγνητικά πεδία

Ερευνητές στο MIT διαπίστωσαν ότι το ρομβοεδρικό γραφένιο — ατομικά λεπτά στρώματα γραφίτη στοιβαγμένα σε ένα συγκεκριμένο μοτίβο — μπορεί να φιλοξενήσει τουλάχιστον τέσσερις διακριτές υπεραγώγιμες καταστάσεις, αρκετές από τις οποίες αψηφούν τη συμβατική φυσική επιβιώνοντας και ενισχυόμενες ακόμη και παρουσία μαγνητικού πεδίου. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στις 29 Ιουνίου στο Nature, αποκαλύπτουν αυτό που η ομάδα περιγράφει ως «μια νέα οικογένεια υπεραγωγών που ενισχύονται από μαγνητικά πεδία».news.mit+1

Υπεραγωγιμότητα που αψηφά τα μαγνητικά πεδία

Τα μαγνητικά πεδία συνήθως καταστρέφουν την υπεραγωγιμότητα. Στους συμβατικούς υπεραγωγούς, τα ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια έχουν αντίθετα σπιν, και ένα εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο απομακρύνει αυτά τα σπιν, σπάζοντας τα ζεύγη. Όμως, σε πειράματα υπό την καθοδήγηση του φυσικού του MIT, Long Ju, τρεις από τις τέσσερις υπεραγώγιμες καταστάσεις που ανακαλύφθηκαν στο ρομβοεδρικό γραφένιο παρέμειναν σταθερές υπό μαγνητικά πεδία έως και περίπου 9 tesla — περίπου 180.000 φορές ισχυρότερα από το μαγνητικό πεδίο της Γης.news.mit

Ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι, όταν οι ερευνητές εφάρμοσαν ένα κάθετο μαγνητικό πεδίο σε μια συγκεκριμένη πυκνότητα ηλεκτρονίων, η υπεραγωγιμότητα όχι μόνο επιβίωσε, αλλά ενισχύθηκε. «Η υπεραγωγιμότητα στην πραγματικότητα ενισχύεται, με την έννοια ότι η θερμοκρασία μετάπτωσης ανεβαίνει από τα 55 millikelvin στα περίπου 90 millikelvin», εξήγησε ο Ju. «Ταυτόχρονα, το υλικό μπορεί να αντέξει επιπλέον 50 ή 60 τοις εκατό ρεύμα πριν καταστραφεί η υπεραγωγιμότητα. Και αυτό είναι πολύ ασυνήθιστο».news.mit

Ένας νέος μηχανισμός για το ζευγάρωμα ηλεκτρονίων

Η ομάδα προτείνει ότι στο ρομβοεδρικό γραφένιο, σε ορισμένες πυκνότητες ηλεκτρονίων, τα ηλεκτρόνια μπορεί να ζευγαρώνουν με τα σπιν τους ευθυγραμμισμένα αντί για αντίθετα. Σε αυτή τη διαμόρφωση, ένα μαγνητικό πεδίο έλκει και τα δύο σπιν προς την ίδια κατεύθυνση, διατηρώντας την ευθυγράμμισή τους και την υπεραγώγιμη συμπεριφορά τους αντί να τη διαταράσσει.news.mit

Η ανακάλυψη βασίζεται σε προηγούμενη εργασία της ομάδας του Ju, η οποία πέρυσι ανέφερε την πρώτη παρατήρηση «χειρόμορφης υπεραγωγιμότητας» στο ίδιο υλικό — μια κατάσταση που συνδυάζει την υπεραγωγιμότητα με τον εγγενή μαγνητισμό που προκύπτει από την τροχιακή κίνηση των ηλεκτρονίων.news.mit+1

Επιπτώσεις για τη μη συμβατική υπεραγωγιμότητα

Τα αποτελέσματα καθιερώνουν το ρομβοεδρικό γραφένιο ως μια πλατφόρμα που φιλοξενεί πολλαπλές μη συμβατικές υπεραγώγιμες καταστάσεις μέσα σε ένα μόνο υλικό. Αν και οι θερμοκρασίες που εμπλέκονται παραμένουν πολύ κάτω από τα πρακτικά όρια — δεκάδες millikelvin πάνω από το απόλυτο μηδέν — τα ευρήματα προσφέρουν στους φυσικούς ένα νέο σύστημα για τη μελέτη εξωτικών μορφών υπεραγωγιμότητας και των μηχανισμών ζευγαρώματος spin-triplet που έχουν θεωρητικοποιηθεί εδώ και καιρό αλλά σπάνια έχουν παρατηρηθεί.nature+1