Экспериментальные исследования сверхрешеток из трехслойного графена, расположенного между листами нитрида бора, позволили обнаружить фазовые переходы из металлического состояния в моттовский диэлектрик, а из него — в сверхпроводник.

Это делает подобные структуры идеальными кандидатами для изучения физики сильно скореллированных систем, таких как высокотемпературные сверхпроводники. Основным преимуществом таких веществ является возможность варьировать электронные параметры, пишут авторы в журнале Science.

Высокотемпературная сверхпроводимость (ВТСП) является одной из самых актуальных тем в физике конденсированного состояния. Стандартные сверхпроводники, у которых сопротивление пропадает при близкой к абсолютному нулю температуре, хорошо описываются теорией Бардина — Купера — Шриффера. Однако для соединений, переходящих в такое состояние при температуре выше 100 кельвин, полноценной теории до сих пор не существует. Эта ситуация не только неудовлетворительна с точки зрения теоретиков, но она также не позволят разрабатывать все более высокотемпературные сверхпроводники, а открытия рекордных случаев больше связаны со случайными находками.

Один из предложенных подходов связывает ВТСП с допированными моттовскими диэлектриками посредством модели Хаббарда. Изоляторы Мотта согласно стандартной теории электропроводимости должны быть проводниками, но на самом деле они ток не проводят из-за сильного взаимодействия между электронами. Модель Хаббарда — это приближение в физике конденсированного состояния, которое описывает прыжки электронов между различными положениями в кристаллической решетке и взаимодействие их при попадании на один участок. Однако теоретическое решение в случае моттовских диэлектриков оказывается чрезвычайно сложным именно из-за сильного взаимодействия электронов.

В статье коллектива физиков из Китая, США, Южной Кореи и Японии, руководителем которого выступил Фэн Ван (Feng Wang) из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, демонстрируется детальное исследование такой системы.