Физики из трех университетов — Флориды, Вашингтонского (США) и Британской Колумбии (Канада) — обнаружили новые аспекты сверхпроводимости ромбоэдрического графена — системы, состоящей всего из нескольких слоев атомов углерода, уложенных друг на друга, как ступени лестницы, в форме, известной как хиральное стекирование. Работа опубликована в Nature Physics.
На уровне атомов тонкие чешуйки ромбоэдрического графена можно выделить из встречающихся в природе кристаллов графита. В этой структуре при низкой энергии электроны локализуются почти исключительно на определенных атомах на верхней и нижней поверхностях. При этом в объеме материала заряд практически отсутствует.
Концентрация большого количества электронов на внешних поверхностях приводит к возникновению интересных квантовых свойств, поскольку заряды вынуждены коллективно «выбирать», как им располагаться на поверхностях, одновременно отталкиваясь друг от друга.
Команда исследователей обнаружила, что сверхпроводимость возникает непосредственно из-за этой конфигурации с двумя поверхностями, когда электроны и дырки на противоположных поверхностях объединяются, образуя сверхпроводящее состояние.
Дополнительная сложность этой системы заключается в том, что в ней сосуществуют отрицательные и положительные заряды. На одной поверхности заряды представляют собой электроны и, следовательно, имеют отрицательный заряд. На другой поверхности они ведут себя как частицы, называемые дырками, которые имеют положительный заряд.
Помимо сверхпроводимости, команда исследователей обнаружила квантовый аномальный эффект Холла — топологическое состояние, при котором электрический ток без сопротивления проходит по краям материала.
Если ученым удастся добиться сосуществования двух явлений — сверхпроводимости и топологических состояний, то теоретически возможно появление так называемых нулевых майорановских мод, которые могут стать основой для отказоустойчивых квантовых вычислений. Они по своей природе защищены от локальных шумов и декогеренции, разрушающих квантовую информацию.
Одна из главных целей команды — в конечном итоге применить результаты исследований в области квантовой инженерии для разработки устройств и детекторов нового поколения.
Ранее Наука Mail рассказала, как графеновый клей сможет защитить электронику от помех.
