Все, что им нужно было сделать, — это скручивать тонкие слои материала, состоящего из атомов. Меняя угол скручивания, они смогли точно настраивать «сверхпроводящий зазор» — ключевой параметр, который определяет, как ведут себя сверхпроводники.

Результаты опубликованы в издании Nature Physics.

Сверхпроводящий зазор — это энергия, необходимая для разрушения пар электронов, называемых парами Купера. Именно эти пары отвечают за сверхпроводимость при низких температурах. Чем больше зазор, тем выше температура, при которой материал остается сверхпроводящим. Управление этим зазором важно для создания более эффективных квантовых устройств.

Раньше ученые пытались контролировать сверхпроводящий зазор, воздействуя на физическое положение частиц. Но теперь они смогли сделать это в «пространстве импульсов» — это своего рода карта, которая показывает, как энергия распределяется в системе.

Такой подход открывает новые возможности для создания сверхпроводников следующего поколения.

Для своего эксперимента ученые использовали сверхтонкие слои диселенида ниобия — материала, который известен своими сверхпроводящими свойствами. Эти слои они нанесли на графеновую подложку. С помощью современных методов, таких как спектроскопическая сканирующая туннельная микроскопия и молекулярно-лучевая эпитаксия, они точно регулировали угол скручивания слоев. Это позволило им измерить изменения сверхпроводящего зазора в пространстве импульсов.

Масахиро Нарицука, ведущий автор исследования, объяснил:

Мы показали, что скручивание слоев дает нам точный инструмент для управления сверхпроводимостью. Мы можем избирательно подавлять сверхпроводящий зазор в определенных областях импульса.

Один из самых интересных результатов — это появление узора, напоминающего цветок, в сверхпроводящем зазоре. Этот узор не совпадает с кристаллической структурой материалов, что подчеркивает уникальность нашего подхода.

Тетсуо Ханагури, последний автор работы, добавил:

В ближайшей перспективе наше исследование поможет лучше понять, как работают сверхпроводники и как слои материалов взаимодействуют друг с другом. Это откроет путь к созданию сверхпроводников с заданными свойствами. В долгосрочной перспективе это может привести к прорывам в энергоэффективных технологиях и квантовых вычислениях.

Следующий шаг — добавить магнитные слои в структуру, чтобы управлять не только энергией, но и спинами электронов. Это может стать основой для создания совершенно новых материалов и устройств.

Ранее ученые создали хиральный сверхпроводник из иридия, циркония и платины.