Ett team av fysiker ledda av University of Minnesota har upptäckt att den unika supraledande metallen Niobium diselenide (NbSe2) är mer motståndskraftig när den används som ett mycket tunt lager. Diagrammet ovan visar de olika s-, p-, och d-våg supraledande tillstånd i metallen. Kredit:Alex Hamill och Brett Heischmidt, University of Minnesota
Ett internationellt team av fysiker ledda av University of Minnesota har upptäckt att en unik supraledande metall är mer motståndskraftig när den används som ett mycket tunt lager. Forskningen är det första steget mot ett större mål att förstå okonventionella supraledande tillstånd i material, som möjligen skulle kunna användas i kvantberäkningar i framtiden.
Samarbetet inkluderar fyra fakultetsmedlemmar vid University of Minnesotas School of Physics and Astronomy—docent Vlad Pribiag, Professor Rafael Fernandes, och assisterande professorerna Fiona Burnell och Ke Wang – tillsammans med fysiker vid Cornell University och flera andra institutioner. Studien publiceras i Naturfysik .
Niobiumdiselenid (NbSe 2 ) är en supraledande metall, vilket betyder att den kan leda elektricitet, eller transportera elektroner från en atom till en annan, utan motstånd. Det är inte ovanligt att material beter sig annorlunda när de är väldigt små, men NbSe 2 har potentiellt fördelaktiga egenskaper. Forskarna fann att materialet i 2D-form (ett mycket tunt substrat som bara är några få atomlager tjockt) är en mer motståndskraftig supraledare eftersom det har en dubbel symmetri, vilket skiljer sig mycket från tjockare prover av samma material.
Motiverad av Fernandes och Burnells teoretiska förutsägelse av exotisk supraledning i detta 2D-material, Pribiag och Wang började undersöka atomärt tunna 2D supraledande enheter.
"Vi förväntade oss att det skulle ha ett sexfaldigt rotationsmönster, som en snöflinga." sa Wang. "Trots den sexfaldiga strukturen, det visade bara tvåfaldigt beteende i experimentet."
"Detta var en av de första gångerna [det här fenomenet] sågs i ett riktigt material, sa Pribiag.
Forskarna tillskrev den nyupptäckta tvåfaldiga rotationssymmetrin hos det supraledande tillståndet i NbSe 2 till blandningen mellan två nära konkurrerande typer av supraledning, nämligen den konventionella s-vågstypen - typisk för bulk NbSe 2 —och en okonventionell mekanism av d- eller p-typ som uppstår i fålagers NbSe 2 . De två typerna av supraledning har mycket liknande energier i detta system. På grund av detta, de interagerar och konkurrerar med varandra.
Pribiag och Wang sa att de senare blev medvetna om att fysiker vid Cornell University granskade samma fysik med en annan experimentell teknik, nämligen kvanttunnelmätningar. De bestämde sig för att kombinera sina resultat med Cornell-forskningen och publicera en omfattande studie.
Burnell, Pribiag, och Wang planerar att bygga vidare på dessa initiala resultat för att ytterligare undersöka egenskaperna hos atomärt tunt NbSe 2 i kombination med andra exotiska 2D-material, vilket i slutändan kan leda till användningen av okonventionella supraledande tillstånd, såsom topologisk supraledning, att bygga kvantdatorer.
"Vad vi vill ha är ett helt platt gränssnitt på atomär skala, " sade Pribiag. "Vi tror att detta system kommer att kunna ge oss en bättre plattform för att studera material för att använda dem för kvantberäkningstillämpningar."
Förutom Pribiag, Fernandes, Burnell, Wang, samarbetet inkluderade University of Minnesota fysikstudenter Alex Hamill, Brett Heischmidt, Daniel Shaffer, Kan-Ting Tsai, och Xi Zhang; Cornell University fakultetsmedlemmar Jie Shan och Kin Fai Mak och doktorand Egon Sohn; Helmuth Berger och László Forró, forskare vid Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne i Schweiz; Alexey Suslov, en forskare vid National High Magnetic Field Laboratory i Tallahassee, Fla.; och Xiaoxiang Xi, en professor vid Nanjings universitet i Kina.
