Científicos de la Universidad de Groningen y sus socios internacionales confirmaron la existencia del estado superconductor, FFLO, que se predijo teóricamente en 2017. Su dispositivo, que utiliza bicapas de disulfuro de molibdeno para controlar este estado, podría hacer avanzar significativamente el campo de la electrónica superconductora.
En un experimento piloto, investigadores de la Universidad de Groningen se asociaron con colegas de las Universidades de Nijmegen y Twente en los Países Bajos y el Instituto de Tecnología de Harbin en China. Juntos, confirmaron la existencia del estado superconductor, que se predijo por primera vez en 2017.
Sus resultados, que proporcionan evidencia de una forma única del estado FFLO superconductor, se publicaron recientemente en la revista naturaleza. Este avance podría tener un impacto potencial, particularmente en el campo de la electrónica superconductora.
Es el Prof. Dr. Justin Yee, Presidente del grupo de Física de Dispositivos para Materiales Complejos de la Universidad de Groningen en los Países Bajos y autor principal del artículo de Nature sobre el estado superconductor de FFLO. Crédito: Sylvia Germes
El autor principal del estudio es el profesor Justin Yee, que dirige el grupo de Física de dispositivos para materiales complejos en la Universidad de Groningen. Usted y su equipo han trabajado en el caso del superconductor Ising. Es un caso especial que puede soportar los campos magnéticos que normalmente destruirían la superconductividad, y así fue. El equipo lo describió en 2015..
Fue creado en 2019. Un dispositivo que contiene dos capas de disulfuro de molibdenoLa presencia de Ising presente en dos capas E puede asociarse con estados superconductores. Curiosamente, el dispositivo que crearon Ye y su equipo permite activar y desactivar esta protección mediante un campo eléctrico, lo que da como resultado un transistor superconductor.
Difícil de entender
El dispositivo superconductor de doble Ising destaca un desafío de larga data en el campo de la superconductividad. En 1964, cuatro científicos (Fulde, Ferrell, Larkin y Ovchinnikov) predijeron un estado superconductor especial que puede existir en condiciones de baja temperatura y fuerte campo magnético, llamado estado FFLO.
En la superconductividad estándar, los electrones viajan en direcciones opuestas como pares de Cooper. Como se mueven a la misma velocidad, el momento total de estos electrones es cero. Sin embargo, en el caso de FFLO, la diferencia de velocidad entre los electrones de los pares de Cooper es pequeña, lo que indica un momento cinético neto.
“Este caso es muy esquivo, y solo hay unos pocos materiales que afirman ser superconductores ordinarios”, dice Ye, pero ninguno es definitivo.
Este diagrama de fase muestra la presencia de un estado orbital 6D anisotrópico que ocupa la mayor parte del diagrama de fase. En la esquina superior derecha, los diagramas esquemáticos muestran la modulación espacial del parámetro de orden superconductor. Agradecimientos: P. Wan / Universidad de Groningen
Se requiere un fuerte campo magnético para crear el estado FFLO en un superconductor convencional. Pero el papel del campo magnético necesita ser refinado. En pocas palabras, para que el campo magnético desempeñe dos funciones, necesitamos usar el efecto Zeeman. Esto clasifica los electrones en pares de Cooper según su dirección de giro (momento magnético), pero no según el efecto orbital, el otro papel que generalmente destruye la superconductividad.
«Es una negociación delicada entre la superconductividad y un campo magnético externo», explica Yi.
huella dactilar
El primer autor, Buhua Wan, produjo muestras que cumplieron con todos los requisitos para demostrar que los pares de Cooper tienen un momento finito. Agradecimientos: P. Wan / Universidad de Groningen
Superconductividad, demostrada por Ye et al., y publicada en la revista Ciencias En 2015, suprimió el efecto Zeeman. «Al eliminar el componente clave que hace posible el FFLO tradicional, hemos liberado mucho espacio para que el campo magnético desempeñe su otro papel, que es el efecto de circulación», dice Ye.
«Lo que presentamos en nuestro artículo es una firma clara del estado FFLO impulsado por el efecto Ising orbital superconductor», explica Yi. «Este es un caso atípico de FFLO, descrito teóricamente por primera vez en 2017». El estado FFLO en los superconductores convencionales requiere una temperatura muy baja y un campo magnético muy fuerte, lo que dificulta su diseño. Sin embargo, en el superconductor Ye Ising, el estado se alcanza con un campo magnético más débil y una temperatura más alta.
transistores
De hecho, Yi notó por primera vez signos del estado FFLO en su dispositivo superconductor de disulfuro de molibdeno en 2019. «No pudimos probarlo porque las muestras no eran lo suficientemente buenas», dice Yi. Sin embargo, el estudiante de doctorado Puhua Wan desde entonces ha podido producir muestras que cumplen con todos los requisitos para demostrar que, de hecho, hay un momento finito en los pares de Cooper. dice Yi Wan, primer autor de naturaleza papel.
Este nuevo estado superconductor requiere más investigación. Usted: «Hay mucho que aprender al respecto. Por ejemplo, ¿cómo afecta el momento cinético a los parámetros físicos? Estudiar este estado proporciona nuevos conocimientos sobre la superconductividad. Esto puede permitirnos controlar este estado en dispositivos como los transistores. Este es nuestro próximo desafío».
Referencia: «Estado orbital de Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov en el superconductor Ising», Puhua Wan, Oleksandr Zheliuk, Noah FQ Yuan, Xiaoli Peng, Le Zhang, Minpeng Liang, Uli Zeitler, Steffen Wiedmann, Nigel E. naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-023-05967-z