Moiré kvazikrystalu ze třech navzájem pootočených vrstev grafenu ve sloupci uprostřed. Credit: Sergio C. de la Barrera, University of Toronto

Třikrát supravodivost: grafenové kvazikrystaly, strojové učení a Majoranovy kvazičástice

Supravodivé vrstvy grafenu mohou být současně kvazikrystalem.
Twistronika, tedy obor zkoumající chování monoatomárních nebo jinak tenkých materiálů, jejichž více vrstev je položeno na sobě a vůči sobě různě posunuto či pootočeno (twist), se protla s dalším zajímavým oborem fyziky, s kvazikrystaly,
V nová práci studii z MITu a dalších institucí položili tři listy grafenu na sebe a dva z nich stočil pod mírně odlišnými úhly. Ukázalo se, že systém přitom vytvořil kvazikrystal. Fyzikové včetně specialistů na kvazikrystaly pak vyladili tento kvazikrystal tak, aby byl supravodivý, i když pouze za velmi nízkých teplot. V systému bylo navíc zaznamenáno narušení symetrie týkající se chování elektronů (poznámka PH: co se tím přesně myslí?) a další exotické fyzikální jevy. Výzkumníci připouštějí, že chování systému stále plně nerozumějí.

Aviram Uri et al, Superconductivity and strong interactions in a tunable moiré quasicrystal, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06294-z
Zdroj: Materials Research Laboratory, Massachusetts Institute of Technology / Phys.org

Vědci se zabývali otázkou, jak se při výzkumu supravodivosti dá využít strojové učení. Cílem bylo najít supravodiče prvního typu (konvenční, s Cooperovými páry), které by fungovaly při co nejvyšší teplotě a nevyžadovaly obří tlaky nebo dokonce fungovaly i při tlaku nulovém. Studie se zaměřila na hydridy chromu CrH a CrH2. Přitom se objevila řada překážek – např. to, že pro nulové tlaky skoro nemáme k dispozici data, která by šla pro strojové učení využít. Jinak databáze supravodičů jsou bývají dnes už sice docela obsáhlé, ale často postrádají detaily o atomové struktuře, čili pro další předpovědi jsou využitelné jen omezeně. Důležitým krokem výzkumu proto bylo sestavení databáze vysokoteplotních supravodičů za vysokého tlaku a pak pokus zjistit, jak tlak ovlivňuje atomovou strukturu příslušných látek (čili jak lze data extrapolovat pro nižší tlaky). Výsledek zní, že CrH a CrH2 by měly být supravodivé při teplotě asi 10 až 20 K i při nulovém tlaku. Hlavním cílem ovšem je vytvořit platformu, která by umožnila hledání vysokoteplotních supravodičů právě pomocí strojového učení.

Huan Tran et al, Machine-learning approach for discovery of conventional superconductors, Physical Review Materials (2023). DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.7.054805
Zdroj: University of California – San Diego / Phys.org

Výzkumníci z Oak Ridge National Laboratory (spadá pod Ministerstvo energetiky USA) vytvořili nový systém kombinující supravodiče a topologické izolanty, tedy materiály, které mají elektricky vodivých povrch, ale nikoliv vnitřek. Výsledkem je atomárně ostré rozhraní mezi krystalickými tenkými vrstvami s různým symetrickým uspořádáním atomů. Toto rozhraní může být zdrojem exotické fyziky a hostit jedinečný kvantový stavební blok s potenciálem být vynikajícím qubitem, tedy základní stavební jednotkou kvantového počítače. Vlastnosti obou materiálů lze upravovat nezávisle na sobě, což umožňuje přesně ladit i samotné rozhraní. Autoři výzkumu uvádějí, že tímto laděním se jim na rozhraní podařilo vytvořit např. i Majoranovy (kvazi)částice, tedy takové, které jsou současně svými antičásticemi. Více Majoranových částic si pak v systému pamatuje své pohyby vůči sobě, „vědí o sobě“ a tento proces by se dal využít k zakódování kvantové informace a k novým způsobům výpočtu.
Co se týče konkrétní realizace rozhraní, autoři výzkumu nejprve společným nanesením železa, selenu a telluru vytvořili supravodič o tloušťce jedné atomární vrstvy. Supravodičová mřížka železa, selenu a telluru se skládala z uspořádaných čtvercových buněk, zatímco topologický izolant měl podobu sítě přilehlých trojúhelníků, takže spojení systému do jednoho celku nebylo vůbec snadné, uvádí průvodní tisková zpráva.


Vědci z Oak Ridge National Laboratory použil epitaxi molekulárním svazkem k vypěstování tenké vrstvy rozhraní topologického izolantu a supravodivého materiálu, a to postupem „atom po atomu“. Připojení vodičů k rozhraní topologického izolantu a supravodiče umožňuje realizovat a zkoumat dosud neznámé elektronické jevy. Vědci usilují o qubity založené na teoretických Majoranových částicích. Kredit: Carlos Jones/ORNL, U.S. Dept of Energy

Robert G. Moore et al, Monolayer Superconductivity and Tunable Topological Electronic Structure at the Fe(Te,Se)/Bi2Te3 Interface, Advanced Materials (2023). DOI: 10.1002/adma.202210940
Zdroj: Oak Ridge National Laboratory / Phys.org

Rakovinu by mohla léčit umělá lymfatická uzlina

Vědci z Johns Hopkins Medicine tvrdí, že podle nové studie na myších a lidských buňkách …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close