Fizycy MIT Obserwują Niekonwencjonalne Sygnatury Nadprzewodnictwa w Grafenie

Fizycy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) zaobserwowali jednoznaczne sygnały niekonwencjonalnego nadprzewodnictwa w materiale określanym jako magiczno-kątowy skręcony trójwarstwowy grafen (MATTG). To odkrycie, opublikowane w czasopiśmie "Science", stanowi jedno z najsilniejszych dotychczasowych empirycznych dowodów na istnienie tego egzotycznego stanu materii w strukturze grafenowej. Kluczowym elementem obserwacji była charakterystyczna szczelina nadprzewodząca, ukształtowana na wzór litery V, która ujawniła się wyłącznie w warunkach zerowej rezystancji elektrycznej materiału.

Sukces eksperymentu umożliwiło opracowanie nowatorskiej platformy badawczej. Metodologia ta połączyła spektroskopię tunelową z pomiarami transportu elektrycznego, co pozwoliło na precyzyjne zmierzenie szczeliny nadprzewodzącej, będącej miarą odporności stanu nadprzewodzącego na zmiany temperatury. Profil w kształcie litery V, odmienny od gładkiego wzoru typowego dla konwencjonalnych nadprzewodników, sugeruje, że mechanizm prowadzący do nadprzewodnictwa w MATTG jest fundamentalnie inny i potencjalnie bardziej odporny.

Współkierujący badaniami Shuwen Sun, doktorantka z Wydziału Fizyki MIT, oraz Jeong Min Park, doktor, prowadzili ten projekt. Wkład w badania wnieśli także Kenji Watanabe i Takashi Taniguchi z Krajowego Instytutu Nauk o Materiałach (NIMS) w Japonii, co świadczy o międzynarodowej współpracy w dziedzinie fizyki materii skondensowanej. Zrozumienie mechanizmu w MATTG, prawdopodobnie opartego na silnych oddziaływaniach elektronicznych, jest istotne w kontekście dążenia do opracowania nadprzewodników działających w temperaturze pokojowej.

Historycznie, grafen, odkryty w 2004 roku przez Geima i Nowoselowa, jest materiałem o znaczącym potencjale. Jego skręcone struktury, w tym dwuwarstwowy grafen (MATBG) oraz MATTG, stały się polem do badań nad zjawiskami silnie skorelowanymi. Podczas gdy nadprzewodnictwo zaobserwowano wcześniej w MATBG, pojawienie się tego zjawiska w MATTG rozszerza rodzinę nadprzewodników moiré i rodzi pytania o ich wspólne właściwości. Obserwacja ta ma implikacje dla rozwoju technologii, takich jak bezstratne sieci energetyczne czy wydajniejsze komputery kwantowe.

Przełom w MIT, polegający na bezpośrednim powiązaniu sygnału tunelowego z autentyczną szczeliną nadprzewodzącą, stanowi znaczący krok metodyczny. Potwierdza on, że elektrony w MATTG tworzą pary w sposób odmienny od klasycznego modelu BCS, co wyznacza obiecujący kierunek dla projektowania nowych materiałów. Badacze zamierzają wykorzystać nowo opracowaną platformę do dalszej analizy MATTG oraz innych dwuwymiarowych struktur skręconych.