Исследователи обнаружили в трехслойном графене, скрученном под магическим углом, два разных режима сверхпроводимости. Результаты экспериментов не согласуются с теорией Бардина — Купера — Шриффера (БКШ).

Физики использовали сканирующую туннельную микроскопию высокого разрешения и спектроскопию для изучения сверхпроводимости трехслойного графена, скрученного под магическим углом. Эксперименты показали, что сверхпроводимость в этом материале проявляет несколько очень необычных свойств, которые нельзя описать с помощью теории БКШ.

Ученые измерили эволюцию сверхпроводящей щели по мере того, как электроны удаляются из трехслойного слоя с помощью переключателя, который включает или выключает электрическое поле. Сверхпроводящая щель — это свойство, которое описывает, насколько сложно добавлять или удалять отдельные электроны в сверхпроводнике, объясняют авторы работы.

Поскольку электроны в сверхпроводнике стремятся образовать пары, для разрыва этих пар требуется определенное количество энергии. Оно может быть разным для пар, движущихся в разных направлениях относительно кристаллической решетки. В результате «зазор» имеет специфическую форму, которая определяется вероятностью того, что пары будут разорваны при определенном количестве энергии.

Художественное изображение трехслойного графена. Изображение: Полина Шматкова и Маргарита Давыдова

Несмотря на то, что сверхпроводники существуют уже давно, удивительно новая особенность скрученных двухслойных и трехслойных графеновых материалов заключается в том, что сверхпроводимость в этих материалах может быть включена простым приложением напряжения к соседнему электроду, – Стеван Надж-Перге, физик из Калифорнийского технологического института, соавтор работы.

Ученые установили, что в скрученном трехслойном графене есть два режима сверхпроводимости с профилями сверхпроводящей щели разной формы. Если один из режимов можно объяснить теорией, в чем-то похожей на БКШ, то наличие двух режимов показывает, что внутри сверхпроводящей фазы, вероятно, имеет место дополнительный переход, отмечают исследователи.

Авторы работы полагают, что увеличение количества слоев делает сверхпроводимость более надежной, оставаясь при этом легко настраиваемой. Это свойство открывает различные возможности для использования скрученного трехслойного графена в качестве сверхпроводящих устройств для квантовых исследований и, возможно, в квантовой обработке информации.