MIT finner grafen-superledere som styrkes i magnetfelt

Forskere ved MIT har funnet ut at romboedrisk grafen – atomtynne lag med grafitt stablet i et bestemt mønster – kan huse minst fire distinkte superledende tilstander, hvorav flere trosser konvensjonell fysikk ved å overleve og til og med styrkes i nærvær av et magnetfelt. Funnene, publisert 29. juni i Nature, avslører det teamet beskriver som «en ny familie av magnetfelt-forsterkede superledere».news.mit+1

Superledning som trosser magnetfelt

Magnetfelt ødelegger vanligvis superledning. I konvensjonelle superledere har parede elektroner motsatte spinn, og et påført magnetfelt drar disse spinnene fra hverandre og bryter parene. Men i eksperimenter ledet av MIT-fysikeren Long Ju, vedvarte tre av de fire superledende tilstandene som ble oppdaget i romboedrisk grafen under magnetfelt på opptil rundt 9 tesla – omtrent 180 000 ganger sterkere enn jordens magnetfelt.news.mit

Enda mer slående er det at da forskerne påførte et vinkelrett magnetfelt ved en viss elektrontetthet, overlevde ikke bare superledningen – den ble sterkere. «Superledningen blir faktisk forsterket, altså går overgangstemperaturen fra 55 millikelvin til sannsynligvis 90 millikelvin,» forklarte Ju. «Samtidig kan materialet tåle ytterligere 50 eller 60 prosent ekstra strøm før superledningen blir ødelagt. Og det er svært uvanlig.»news.mit

En ny mekanisme for elektronparing

Teamet foreslår at i romboedrisk grafen, ved visse elektrontettheter, kan elektroner pare seg med spinnene sine justert i stedet for motsatt. I denne konfigurasjonen drar et magnetfelt begge spinn i samme retning, noe som bevarer justeringen deres og deres superledende oppførsel i stedet for å forstyrre den.news.mit

Oppdagelsen bygger på tidligere arbeid av Jus gruppe, som i fjor rapporterte den første observasjonen av «kiral superledning» i det samme materialet – en tilstand som kombinerer superledning med iboende magnetisme som oppstår fra elektronenes orbitalbevegelse.news.mit+1

Implikasjoner for ukonvensjonell superledning

Resultatene etablerer romboedrisk grafen som en plattform som huser flere ukonvensjonelle superledende tilstander i ett og samme materiale. Selv om temperaturene som er involvert forblir langt under praktiske terskler – titalls millikelvin over det absolutte nullpunkt – tilbyr funnene fysikere et nytt system for å studere eksotiske former for superledning og spinn-triplet-paringsmekanismer som lenge har vært teoretisert, men sjelden observert.nature+1