در یک تحقیق بنیادی، محققان دانشگاه گرونینگن با همتایان خود از دانشگاه های هلند و چین همکاری کردند. آنها با هم وجود یک حالت ابررسانایی را تایید کردند که برای اولین بار در سال 2017 پیش بینی شده بود.
به گزارش تکناک، یافته‌های آنها، که شواهدی را برای شکل منحصربه‌فردی از حالت ابررسانا FFLO نشان می‌دهد، اخیراً در مجله Nature منتشر شده است. این دستاورد پتانسیل تاثیرگذاری زیادی را دارد، به ویژه در زمینه الکترونیک ابررسانا.
نویسنده اصلی مقاله، پروفسور جاستین یه، سرپرست گروه فیزیک مواد پیچیده در دانشگاه گرونینگن است. یه و تیمش روی حالت ابررسانا ایزینگ (Ising) کار کرده اند. این حالت خاصی است که می‌تواند در برابر میدان‌های مغناطیسی که عموماً ابررسانایی را از بین می‌برند، مقاومت کند و این وضعیت توسط تیم تحقیقاتی در سال 2015 توصیف شد.
در سال 2019، آنها دستگاهی متشکل از یک لایه دوگانه از دی سولفید مولیبدن ساختند که می‌تواند حالت‌های ابررسانایی ایزینگ را که در این دو لایه قرار دارند، جفت کند. جالب اینجاست که دستگاه ساخته شده توسط یه و تیمش امکان روشن یا خاموش کردن این حفاظت را با استفاده از یک میدان الکتریکی و در نتیجه یک ترانزیستور ابررسانا فراهم می کند.
گریزان
دستگاه ابررسانا ایزینگ جفت شده چالش دیرینه ای را در زمینه ابررسانایی حل می کند. در سال 1964، چهار دانشمند (فولد، فرل، لارکین و اووچینیکوف) حالت ابررسانایی خاصی را پیش‌بینی کردند که می‌توانست در شرایط دمای پایین و میدان مغناطیسی قوی وجود داشته باشد که به آن حالت FFLO می‌گویند.
در ابررسانایی استاندارد، الکترون ها به صورت جفت کوپر در جهت مخالف حرکت می کنند. از آنجایی که این الکترون ها با سرعت یکسانی حرکت می کنند، حرکت جنبشی کل این الکترون ها صفر است. با این حال، در حالت FFLO، اختلاف سرعت کمی بین الکترون‌های جفت کوپر وجود دارد، به این معنی که یک تکانه جنبشی خالص وجود دارد.
یه می گوید: این حالت بسیار گریزان است و تنها تعداد انگشت شماری مقاله وجود دارد که ادعای وجود آن را در ابررساناهای معمولی دارند. با این حال، هیچ یک از اینها قطعی نیست.
برای ایجاد حالت FFLO در یک ابررسانا معمولی، به یک میدان مغناطیسی قوی نیاز است. اما نقشی که میدان مغناطیسی بازی می کند نیاز به اصلاح دقیق دارد. به زبان ساده، برای ایفای دو نقش توسط میدان مغناطیسی، باید از اثر زیمان استفاده کنیم.
این امر الکترون‌ها را در جفت‌های کوپر بر اساس جهت اسپین‌های آنها (یک گشتاور مغناطیسی) نه بر اساس اثر مداری که معمولاً ابررسانایی را از بین می‌برد جدا می‌کند.
یه توضیح می دهد: این یک انتقال ظریف بین ابررسانایی و میدان مغناطیسی خارجی است.
نتایج تحقیق
ابررسانایی ایزینگ، که یه و همکارانش در سال 2015 معرفی و در مجله Science منتشر کردند، اثر زیمان را سرکوب می کند. یه می گوید: با فیلتر کردن عنصر کلیدی که FFLO معمولی را ممکن می کند، فضای کافی برای میدان مغناطیسی فراهم کردیم تا نقش دیگر خود، یعنی اثر مداری را ایفا کند.
یه توضیح می‌دهد: آنچه در مقاله خود نشان داده‌ایم، اثر واضحی از حالت FFLO مبتنی بر اثر مداری در ابررسانا ایزینگ است. این یک وضعیت غیر متعارف FFLO است که برای اولین بار در سال 2017 در تئوری توصیف شد. حالت FFLO در ابررساناهای معمولی به دمای بسیار پایین و میدان مغناطیسی بسیار قوی نیاز دارد که ایجاد آن را دشوار می کند. با این حال، در ابررسانا ایزینگ یه، این حالت با میدان مغناطیسی ضعیف‌تر و در دماهای بالاتر حاصل می‌شود.
ترانزیستورها
در واقع، یه برای اولین بار در سال 2019 نشانه هایی از حالت FFLO را در دستگاه ابررسانای دی سولفید مولیبدن خود مشاهده کرد. یه می گوید: در آن زمان، ما نمی توانستیم این را ثابت کنیم، زیرا نمونه ها به اندازه کافی خوب نبودند. با این حال دانشجوی دکترای او پوهوا وان از آن زمان موفق به تولید نمونه‌هایی از موادی شد که تمام الزامات را برآورده می‌کرد تا نشان دهد که واقعاً حرکت محدودی در جفت‌های کوپر وجود دارد. آزمایشات واقعی نیم سال طول کشید، اما تجزیه و تحلیل نتایج یک سال دیگر اضافه کرد. وان نویسنده اول این مقاله در مجله Nature است.
این حالت ابررسانای جدید نیاز به بررسی بیشتر دارد. یه می گوید: در مورد آن چیزهای زیادی برای یادگیری وجود دارد. به عنوان مثال، تکانه جنبشی چگونه بر پارامترهای فیزیکی تأثیر می گذارد؟ مطالعه این حالت بینش جدیدی در مورد ابررسانایی ارائه می دهد. و این ممکن است ما را قادر به کنترل این حالت در دستگاه هایی مانند ترانزیستور کند. این چالش بعدی ماست.
