Сверхпроводящий диод без внешнего магнитного поля
Сверхпроводники являются ключом к протеканию тока без потерь. Однако реализация сверхпроводящих диодов лишь недавно стала важной темой фундаментальных исследований. Международная исследовательская группа с участием физика-теоретика Матиаса Шойрера из Университета Инсбрука преуспела в достижении важной вехи: реализации эффекта сверхпроводящего диода без внешнего магнитного поля, тем самым доказав предположение о сосуществовании сверхпроводимости и магнетизма. Об этом сообщают в Nature Physics.
Трехслойный графен является многообещающей платформой для эффекта сверхпроводящего диода. Кредит: Матиас Шойрер
Говорят об эффекте сверхпроводящего диода, когда материал ведет себя как сверхпроводник в одном направлении протекания тока и как резистор в другом. В отличие от обычного диода такой сверхпроводящий диод имеет полностью нулевое сопротивление и, следовательно, не имеет потерь в прямом направлении. Это может стать основой для будущей квантовой электроники без потерь. Физикам впервые удалось создать диодный эффект около двух лет назад, но с некоторыми фундаментальными ограничениями. «В то время эффект был очень слабым и генерировался внешним магнитным полем, что очень невыгодно для потенциальных технологических применений», — объясняет Матиас Шойрер из Института теоретической физики Университета Инсбрука.
Новые эксперименты, проведенные физиками-экспериментаторами из Университета Брауна, описанные в текущем выпуске журнала Nature Physics, не требуют внешнего магнитного поля. В дополнение к вышеупомянутым преимуществам, связанным с применением, эксперименты подтверждают тезис, ранее теоретизированный Матиасом Шойрером: а именно, что сверхпроводимость и магнетизм сосуществуют в системе, состоящей из трех слоев графена, скрученных друг против друга. Таким образом, система фактически генерирует собственное внутреннее магнитное поле, создавая эффект диода.
«Эффект диода, наблюдаемый коллегами из Университета Брауна, был также очень сильным. Более того, направление диода можно изменить на противоположное с помощью простого электрического поля. Вместе это делает трехслойный графен такой многообещающей платформой для эффекта сверхпроводящего диода», — поясняет Матиас Шойрер, чьи исследования сосредоточены на двумерных материалах, особенно на графене.
Перспективный материал графен
Диодный эффект, описанный в Nature Physics, также был получен с помощью графена, материала, состоящего из одного слоя атомов углерода, расположенных в виде сот. Укладка нескольких слоев графена приводит к совершенно новым свойствам, в том числе к способности трех скрученных друг против друга слоев графена проводить электрический ток без потерь.
Тот факт, что эффект сверхпроводящего диода существует без внешнего магнитного поля в этой системе, имеет большое значение для изучения сложного физического поведения скрученного трехслойного графена , поскольку он демонстрирует сосуществование сверхпроводимости и магнетизма. Это показывает, что эффект диода не только имеет технологическое значение, но и может улучшить наше понимание фундаментальных процессов в физике многих тел.
