Революционное открытие: три новых сверхпроводящих материала бросают вызов законам физики

Сверхпроводимость, явление, при котором электрический ток течет без сопротивления, продолжает очаровывать и бросать вызов физикам уже более века. Недавно были открыты три новых типа сверхпроводящих материалов, каждый из которых бросает вызов классическому пониманию того, как электроны могут сотрудничать, создавая квантовое состояние без трения, пишет Магазины Кванта.

Вызов классической физике

Из трех открытых новых материалов два расширяют нынешние пределы знаний о сверхпроводимости, а третий полностью им противоречит. «Это чрезвычайно необычная форма сверхпроводимости, которую многие сочли бы невозможной», — сказал Ашвин Вишванат, физик из Гарвардского университета.

С 1911 года, когда голландский физик Хайке Камерлинг-Оннес впервые наблюдал исчезновение электрического сопротивления, сверхпроводимость захватила научный мир. Загадка заключается в том, как электронам, которые обычно отталкивают друг друга, удается объединяться в пары и беспрепятственно проходить через материал.

Революция в материаловедении

Недавние открытия являются результатом революции в материаловедении: во всех трех случаях речь идет о структурах, состоящих из плоских слоев атомов. Эти материалы чрезвычайно гибки, что позволяет исследователям превратить их из проводников в изоляторы или вызвать экзотическое поведение с помощью простой настройки.

Мэтью Янковиц, физик из Вашингтонского университета, считает, что эти результаты подтверждают идею о том, что сверхпроводимость может возникать в более широком спектре материалов, чем считалось ранее.

От классической теории к новым перспективам

Теория сверхпроводимости была впервые объяснена в 1957 году Джоном Бардином, Леоном Купером и Джоном Робертом Шриффером с помощью парной модели Купера. При очень низких температурах электроны образуют пары, которые движутся сквозь материал, не встречая сопротивления. Эта теория принесла им Нобелевскую премию по физике в 1972 году.

Однако в 1980-х годах были обнаружены материалы, обладающие сверхпроводимостью при более высоких температурах, что позволяет предположить, что механизмы этого явления более сложны, чем считалось ранее.

Революционный граф графена

В 2018 году Пабло Харильо-Эрреро из Массачусетского технологического института обнаружил, что два слоя графена, скрученные под точным углом 1,1 градуса, могут стать сверхпроводящими. Позже было обнаружено, что даже трехслойный графен без этой скрутки проявляет сверхпроводимость.

Это открытие открыло новые перспективы того, как можно манипулировать электронами для достижения сверхпроводимости в двумерных материалах.

Новые материалы, новые загадки

Недавно физики обнаружили сверхпроводимость в двумерных материалах, отличных от графена, а также совершенно новую форму сверхпроводимости в графеновой системе. Эти результаты позволяют предположить, что механизмы, обеспечивающие образование электронных пар, могут быть гораздо более разнообразными, чем считалось ранее.

Примером может служить материал под названием дихалькогенид переходного металла (ДМД), где поворот на 5 градусов между слоями привел к падению электрического сопротивления почти до нуля, что указывает на сверхпроводящее поведение.

Перспективы на будущее

Эти открытия не только углубляют тайну сверхпроводимости, но и открывают путь к революционным технологиям: энергосистемам без потерь, поездам на магнитной подушке и более эффективным квантовым компьютерам.

Физики теперь приблизились к пониманию сложности этого явления и продолжают исследовать новые материалы и комбинации, которые могут изменить то, как мы используем электричество.

Эти новые материалы не только бросают вызов законам физики, какими мы их знаем, но и заставляют нас переосмыслить основы, управляющие субатомным миром.