Sciencemag.cz
Related Articles
Zesílená odezva byla důsledkem mimořádně malé vzdálenosti mezi supravodivou a stínící vrstvou.
Vědci z Národního institutu pro grafen na Univerzitě v Manchesteru (kde byl grafen objeven) prokázali, že supravodivost v grafenu s magickým úhlem (2 vrstvy pootočené vůči sobě o 1,1 stupňů) lze zcela vypnout stíněním interakcí mezi elektrony. Nový objev poskytuje přesvědčivý důkaz, že interakce elektronů hrají v tomto jevu ústřední roli, a pomáhá zodpovědět klíčovou otázku, která zůstávala nevyřešena od doby, kdy byla v tomto materiálu poprvé objevena supravodivost.
Dvouvrstvý grafen s magickým úhlem, vytvořený naskládáním dvou vrstev grafenu s rotačním posunem přibližně 1,1 stupně, se v uplynulém desetiletí stal jedním z nejintenzivněji studovaných kvantových materiálů. Vědci však nadále diskutují o tom, co způsobuje jeho supravodivost. Zatímco některé teorie navrhují, že samotné elektrony řídí párování odpovědné za supravodivost, jiné naznačují konvenčnější mechanismus zahrnující vibrace atomové mřížky.
Autoři nové studie vyvinuli grafenové zařízení obsahující dvě pootočené grafenové dvojvrstvy, které jsou od sebe vzdáleny méně než jeden nanometr, přičemž zůstávají elektricky oddělené. Tato konstrukce umožnila týmu účinněji řídit Coulombovo stínění než v předchozích experimentech a přímo testovat, jak supravodivost reaguje při oslabení interakcí elektronů.
Na výzkumu se dále podíleli vědci z Institutu Henryho Royce, Washingtonské univerzity v St. Louis, Pensylvánské univerzity, Univerzity v Antverpách, japonského Národního institutu pro materiálové vědy a Národní univerzity v Singapuru.
Hlavní autor studie Julien Barrier (Max Planck Institute for Solid State Research) uvádí: „Abychom dosáhli průlomu, bylo nutné vyřešit dva problémy. Zaprvé jsme museli sestrojit zařízení, v němž by stínící vrstva ležela extrémně blízko – na zlomek nanometru – od supravodivého grafenu, přičemž by ale zůstala elektricky oddělená. Zadruhé jsme museli zajistit, aby byla tato stínící vrstva laditelná. K tomuto účelu jsme použili zkroucenou dvojvrstvu grafenu v atomovém kontaktu s grafenem s magickým úhlem.“
Tým zjistil, že zvýšení hustoty nosičů v sousední dvojvrstvě grafenu postupně oslabovalo supravodivost v přilehlém grafenu s magickým úhlem. Při dostatečně vysoké hustotě nosičů byla supravodivost zcela potlačena.
Vědci rovněž pozorovali, že za stejných podmínek zmizely korelované izolační stavy, což je další charakteristický rys grafenu s magickým úhlem. Měření ukázala, že kritickou teplotu supravodivosti lze v důsledku stínění snížit o více než jeden řád. Tento efekt byl podstatně silnější, než jak bylo popsáno v dřívějších experimentech se stíněním. Podle autorů studie byla tato zesílená odezva důsledkem mimořádně malé vzdálenosti mezi supravodivou a stínící vrstvou, což umožnilo mnohem účinnější modifikaci Coulombových interakcí.
Aby výzkumný tým porozuměl těmto pozorováním, porovnal experimentální výsledky s teoretickým modelováním. U konvenční supravodivosti zprostředkované fonony by se dalo očekávat, že při stínění Coulombových interakcí zůstane v podstatě beze změny nebo mírně vzroste. Místo toho však vědci pozorovali opačné chování, což naznačuje, že konvenční párování fononů vysvětlit supravodivost v této třídě materiálů nedokáže.
Julien Barrier et al, Coulomb Screening of Superconductivity in Magic-Angle Graphene, Physical Review X (2026). DOI: 10.1103/z9qg-287y
Zdroj: University of Manchester / Phys.org, přeloženo / zkráceno
