Высокотемпературная сверхпроводимость возникает в слоях 2D-кристаллов

До настоящего времени сверхпроводимость наблюдалась или при малопрактичной температуре в окрестности абсолютного нуля, или на 100º выше в медных оксидах (купратах) — хрупких материалах, непригодных для изготовления электронных схем.

В статье, опубликованной в Nature Communications на этой неделе, Михаэль Фоглер (Michael Fogler) и Леонид Бутов, оба професора физики Калифорнийского университета в Сан-Диего, а также нобелевский лауреат Константин Новоселов из Манчестерского университета предложили конструкцию искусственно структурированного материала, в которой состояние сверхпроводимости может поддерживаться при температурах, сопоставимых с купратными.

Новый материал состоит из переплетающихся кристаллов двух типов: полупроводящего и диэлектрического. Два одноатомных слоя полупроводника дисульфида молибдена разделяет прослойка толщиной в несколько атомов нитрида бора и окружает оболочка из того же вещества.

Электроны и дырки могут накапливаться на отдельных слоях полупроводника под действием внешнего электрического поля. При этом они остаются связанными между собой, образуя так называемые непрямые экситоны. Эти квазичастицы формируют при охлаждении сверхтекучий газ. Физики установили, что сверхтекучесть непрямых экситонов приводит к возникновению нерассеивающегося противотока — явления, известного как противоточная сверхпроводимость.

Сверхпроводимость и сверхтекучесть это макроскопические проявления квантовых эффектов.

Предложенная конструкция, по словам авторов, лишь одна из многих возможных. Их анализ раскрывает общий принцип создания когерентных состояний в аналогичных материалах со слоями других полупроводников, например, дисульфида вольфрама или диселенида вольфрама, удерживаемыми вместе силами Ван дер Ваальса.

Такие структуры предоставляют новую платформу для изучения фундаментальных квантовых явлений, а также могут использоваться для разработки новых электронных и оптоэлектронных схем.