Superledning i tvådimensionella (2D) system har väckt stor uppmärksamhet de senaste åren, både på grund av dess relevans för vår förståelse av grundläggande fysik och på grund av potentiella tekniska tillämpningar i nanoskala enheter som kvantinterferometrar, supraledande transistorer och supraledande qubits.

Den kritiska temperaturen (Tc), eller temperaturen under vilken ett material fungerar som en superledare, är en viktig fråga. För de flesta material, det är mellan absolut noll och 10 Kelvin, det är, mellan -273 Celsius och -263 Celsius, för kallt för någon praktisk användning. Fokus har då legat på att hitta material med högre Tc.

Medan forskare har upptäckt material som fungerar som konventionella supraledare vid temperaturer så höga som 250 K under extremt tryck, det rapporterade rekordet hittills bland 2D -material ligger mellan 7 och 12K i MoS ₂ enligt experimentella bevis och upp till 20 K i vissa dopade 2D -material och i inneboende 2D -metaller enligt teoretisk modellering. Teoretiska förutsägelser har satt en supraledande övergång vid en temperatur över flytande väte för vissa nyligen realiserade 2D-borallotroper, men dessa material kan inte erhållas genom exfoliering från van der Waals-bundna 3D-föräldrar och måste odlas direkt på ett metallsubstrat. Detta resulterar i relativt starka interaktioner som förutspås undertrycka den överledande kritiska temperaturen ner till bara 2 K i ett prov som stöds.

Parallellt med denna sökning efter högre Tc, forskare har letat efter material som kombinerar icke -kommersiella topologiska egenskaper med supraledning. Denna sökning drivs både av en strävan efter exotiska tillstånd av materia såväl som för djupare förståelse av samspelet mellan topologiska kanttillstånd och den superledande fasen.

I tidningen "Prediktion av fononmedierad supraledning med hög kritisk temperatur i den tvådimensionella topologiska semimetalen W ₂ N ₃ "författare Nicola Marzari, chef för Laboratory of Theory and Simulation of Materials vid EPFL, forskaren Davide Campi och doktorand student Simran Kumari använder första principberäkningar för att identifiera inneboende supraledning i monoskikt W ₂ N ₃ , ett material som nyligen har identifierats vara lätt exfolierbart från ett sexkantigt W-lager ₂ N ₃ bulk genom beräkningar, en teori som också stöds av experimentella bevis. De hittar en kritisk temperatur på 21 K, det är, strax över flytande väte och en rekordhög övergångstemperatur för en konventionell fononförmedlad 2D-superledare.

De undersöker också effekterna av biaxial belastning på elektron-fononkopplingarna och förutsäger ett starkt beroende av elektron-fononkopplingskonstanten, gör 2D W ₂ N ₃ en mycket lovande plattform för att studera olika interaktionsregimer och testa gränserna för nuvarande teorier om supraledning. Till sist, de hävdar att materialet kan dopas så att för närvarande lediga spiralformade kanttillstånd 0,5 eV över Fermi -nivån blir fyllda, även om supraledning kvarstår - om än med en mycket lägre övergångstemperatur - gör W ₂ N ₃ en livskraftig kandidat för att studera och utnyttja den möjliga samexistensen och interaktionerna mellan det superledande tillståndet och topologiskt skyddade kanttillstånd.