Физики обнаружили новый способ стимулирования перехода двухслойного графена в сверхпроводящее состояние. К известному ранее повороту на «магический угол» добавилось внешнее давление, которое может изменить свойства вещества и при других углах поворота. Результаты опубликованы в журнале Science.

Графен — это плоский углеродный материал, состоящий из шестиугольных ячеек. Фактически, он представляет собой один слой графита. Благодаря толщине всего в один атом графен обладает исключительной электропроводностью, термодинамическими и механическими свойствами.

Дополнительные возможности возникают при создании многослойных структур из графена, так как в таком случае электроны начинают особым образом взаимодействовать между собой. Физики уже доказали, что поворот одного слоя на «магический угол» — около 1.14° — приводит к возникновению сверхпроводимости, что делает графен еще более интересным и расширяет потенциал его технологического применения.

«В обычных материалах поведение наиболее высокоэнергичных электронов определяется их кинетической энергией, то есть они по большому счету не испытывают влияния других электронов, — поясняет руководитель исследования Кори Дин из Колумбийского университета (США). — Но если распределение электронов по энергиям плоское, то даже для обладающих самой большой энергией частиц характерна маленькая кинетическая энергия. В таком случае свойства определяются электронными взаимодействиями. В таких системах часто наблюдаются экзотическое поведение, призванное минимизировать возникающее взаимодействие».

В новой работе ученые показывают, что «магический угол» — не единственный способ стимулирования перехода в сверхпроводящее состояние. Они изготовили несколько двухслойных образцов с разными углами поворота. Оказалось, что если угол больше магического, то в случае приложения внешнего давления система все равно становится сверхпроводящей. Авторы связывают это свойство с изменением взаимодействия электронов в присутствии сжатия сильнее 10 тысяч атмосфер.

Физики считают двухслойный графен хорошей тестовой системой для изучения сверхпроводников II рода, свойства которых до сих пор не до конца ясны. Графен во многом похож на другие вещества с такими же качествами, но в отличие от них может служить моделью для исследований.

«Если вы хотите поменять что-то в системе, например, примеси или постоянную решетки, то приходится создавать новый материал. Тогда вы оказываетесь в ситуации, когда необходимо выяснить, не поменялось ли еще что-нибудь, — говорит Дин. — Мы показали, как невероятно настраиваемыми оказались эти системы. Мы можем перейти от сверхпроводника к металлу или изолятору в широком диапазоне температур, давлений и магнитных полей без изменения состава. Это может сделать задачу изучения данного типа сверхпроводимости намного более разрешимой».