Угловое взаимодействие нематичности, сверхпроводимости и странной металличности в трехслойном графене с магическим углом скручивания
Учёные из Университета Брауна, Гарвардского университета и Национального института материаловедения Японии провели исследование по изучению взаимодействия между сверхпроводимостью, нематичностью и странной металличностью в слоистом графене с магическим углом скручивания. Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, предлагают новые интересные сведения о фундаментальных механизмах, лежащих в основе транспортной анизотропии, которая описывает, как электрический ток ведет себя в зависимости от направления его течения.
Рис. 1. Источник: Чжан и др.
Трехслойный графен с "магическим углом" — это материал, состоящий из трех слоев графена, расположенных друг над другом под определенным углом. Физики поставили перед собой задачу исследовать, как направленные свойства металлической фазы этого материала, возникающей непосредственно перед его переходом в сверхпроводящее состояние, связаны со сверхпроводящей фазой, возникающей при более низких температурах.
Рис. 2. Транспортная анизотропия в металлическом состоянии. Источник: Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03202-w
В ходе экспериментов была обнаружена поразительная взаимосвязь: направление, в котором сверхпроводимость наиболее сильна, напрямую связано с анизотропией, уже присутствующей в металлической фазе. Это открытие дает новое понимание того, как формируется сверхпроводимость в сильно взаимодействующих электронных системах, и открывает новый путь для исследования природы нетрадиционной сверхпроводимости.
Учёные провели новый тип квантового эксперимента, который позволил им измерить, как электроны протекают через скрученный трехслойный образец графена, систематически изменяя направление протекающего через него тока. Вместо измерения электрического сопротивления материала в одном направлении, как это делалось в большинстве предыдущих экспериментов, они поворачивали направление протекания тока, регистрируя изменения сопротивления материала. Это позволило с высокой точностью определить угловую симметрию электронного отклика. Используя этот подход, физики исследовали поведение электрического транспорта в трех тесно связанных режимах: металлической фазе выше сверхпроводящего перехода, сверхпроводящей фазе при низких температурах и так называемой странной металлической фазе, которая демонстрирует необычную температурную зависимость. Этот метод направленных измерений позволил напрямую сравнить, как электронные свойства изменяются при переходе системы между этими фазами.
Итог привёл к открытию удивительной взаимосвязи между металлическим и сверхпроводящим состояниями в трехслойном графене, скрученном под магическим углом. В частности, было обнаружено, что наиболее устойчивая сверхпроводимость возникает в направлении, в котором металлическая фаза обладает наибольшим сопротивлением. Иными словами, направление, которое кажется наименее благоприятным для протекания тока в металлическом состоянии, оказывается наиболее благоприятным для формирования сверхпроводимости.
