Сверхпроводящие материалы напоминают выделенные полосы на автотрассах: пары электронов могут мчаться по ним, обгоняя обычный транспорт. Однако на их скорость влияет «сверхтекучая жесткость», то есть легкость, с которой могут двигаться пары электронов. Американские физики сделали большой шаг к пониманию этого любопытного феномена, впервые измерив сверхтекучую жесткость в «магическом» графене, определенным образом расположенных друг на друге листах углеродного материала толщиной в один атом.
Графен, открытый в 2004 году, продолжает удивлять ученых своими свойствами: прочностью, долговечность, электро- и теплопроводностью. В 2018 году физики выяснили, что если положить два листа графена друг на друга с небольшим смещением, у них появятся совершенно новые свойства. В таком материале куперовские пары электронов образуют сверхтекучую жидкость, способную течь без сопротивления. Другими словами, магический графен становится сверхпроводящим.
«Но даже несмотря на то, что куперовские пары не встречают сопротивления, им требуется небольшой толчок в форме электрического поля, чтобы заставить ток двигаться, — пояснил Джоэл Ван, соавтор статьи. — Сверхтекучая жесткость относится к тому, насколько просто заставить эти частицы двигаться, чтобы запустить сверхпроводимость».
Для проведения измерений сверхтекучих жесткостей в сверхпроводящих материалах команда физиков из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета поместила в микроволновой резонатор атомно-тонкий образец. Это потребовало от них разработки специального метода, позволяющего добиться идеального контакта материала с поверхностью резонатора. В противном случае опыт не удался бы, пишет MIT News.
Измерения показали, что сверхпроводимость магического графена задается законами квантовой геометрии, которые описывают концептуальные «формы» квантовых состояний, существующих в данном материале. Впервые ученые смогли напрямую измерить сверхтекучую жесткость в двухмерном материале.
«Есть целое семейство двухмерных сверхпроводников, которые только ждут, когда их изучат, и мы лишь сделали первый шаг», — сказал Ван.
