Исследователи из Университета Нагои подробно описали новый класс сверхпроводящих материалов. Это скрученный под определенным углом двухслойный графен. Исследователи предложили в качестве потенциального сверхпроводника — двухслойный графен (MATBG). В MATBG два слоя графена расположены в решетке в виде сот. Они загнуты примерно на 1,1°.

Сверхпроводники — это материалы, которые проводят электрический ток практически без электрического сопротивления. Эта способность делает их чрезвычайно интересными и привлекательными для множества применений, например, в силовых кабелях, электродвигателях и генераторах, а также в мощных электромагнитах, которые можно использовать для МРТ-визуализации и для поездов с магнитной левитацией.

Угол 1,1° приводит к нарушению вращательной симметрии, вместо этого образуется симметрия высокого порядка — SU (4). При изменении температуры в системе начинаются флуктуации, похожие на рябь на воде, только они происходят в атомной структуре. Флуктуации приводят к резкому изменению электронной структуры и нарушению симметрии. Это нарушение вращательной симметрии еще называется нематическим состоянием и тесно связано со сверхпроводящими свойствами других материалов.

В своей работе профессор Контани и доктор Онари используют теоретические методы, чтобы лучше понять, как работает источник этого нематического состояния в MATBG.

Мы знаем, что высокотемпературная сверхпроводимость может произойти из-за нематических флуктуаций в сильно коррелированных электронных системах. Например, как в сверхпроводниках на основе железа. Если мы выясним механизм и происхождение этого нематического порядка, то сможем разработать сверхпроводники с более высокой температурой, – Сейитиро Онари с физического факультета Нагойского университета.

Температура сверхпроводящего перехода скрученного двухслойного графена очень низкая и составляет –272 °C. Но с помощью нематического состояния ее можно увеличить на несколько градусов. Еще результаты показывают, что MATBG ведет себя как высокотемпературный сверхпроводник на основе железа, но также он обладает некоторыми необычными свойствами. Например, суммарный ток контура заряда вызывает магнитное поле в состоянии поляризации долины, в то время как ток контура компенсируется каждой долиной в нематическом состоянии.

Кроме того, пластичность графена можно использовать, чтобы расширить практическое применение этих сверхпроводников.