Сверхпроводимость типа Изинга, индуцированная орбитальной гибридизацией, в ограниченном слое галлия
Большинство сверхпроводников теряют свои сверхпроводящие свойства в сильных магнитных полях. В отличие от них, класс сверхпроводников, содержащих тяжелые элементы, способен поддерживать необычный тип сверхпроводимости. Новые исследования показали, что это ограничение можно преодолеть, поместив атомарно тонкие пленки легкого элемента галлия между двумя другими материалами. Таким образом создаются квантовые взаимодействия на границах раздела слоев. Работа, опубликованная в журнале Nature Materials, показала, что при нанесении всего трех атомных слоев галлия между графеном и подложкой из карбида кремния, полученная структура сохраняет сверхпроводимость в магнитных полях, параллельных поверхности материала, или расположенных в плоскости, значительно превышающих ожидаемый предел.
Рис. Расщепленная поверхность Ферми с текстурами спина типа Изинга в графене/трехслойном Ga/SiC. Источник: Nature Materials (2026). DOI: 10.1038/s41563-026-02573-y
В большинстве материалов к потере сверхпроводимости приводит разрыв куперовских пар под действием сильных магнитных полей.
Когда электроны движутся через материал, содержащий тяжелые элементы, их спины могут взаимодействовать с их движением посредством механизма, известного как спин-орбитальная связь. А когда такие материалы становятся сверхпроводящими, это взаимодействие может приводить к нетрадиционным сверхпроводящим состояниям. Одним из ярких примеров является сверхпроводимость типа Изинга, при которой спины электронов зафиксированы перпендикулярно плоскости кристалла. Эта фиксация защищает электронные пары от магнитных полей, позволяя сверхпроводимости сохраняться даже за пределами парамагнитного предела Паули.
В эксперименте сэндвич-структура состояла из нижнего слоя карбида кремния, который служил подложкой для выращивания трехслойной пленки галлия — наполнителя сэндвича, — и верхнего слоя графена — атомарно тонкой формы углерода, — который защищал галлий от воздействия воздуха, предотвращая окисление и загрязнение. Это позволило легкому элементу галлию сохранить свою сверхпроводимость в плоскостных магнитных полях, более чем в три раза превышающих предел Паули.
Как заявили исследователи, полученные результаты демонстрируют, что сверхпроводимость типа Изинга не ограничивается сверхпроводниками из тяжелых элементов, а может возникать из-за межфазных эффектов в сверхпроводниках из легких элементов.
