Zamiast tego ukrywają dwa silnie ze sobą powiązane stany, które zachowują się niemal jak jeden. Badania przeprowadzili naukowcy z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie. Wykorzystując wyjątkowo czułą spektroskopię tunelową, członkowie zespołu badawczego przeprowadzili obserwacje, o których piszą teraz na łamach Physical Review Letters.
Czytaj też: Wieloletnia hipoteza Feynmana doczekała się weryfikacji. To jedna z najważniejszych idei współczesnej fizyki
Na pierwszy plan wysunął się NbSe₂, jeden z najczęściej analizowanych materiałów w badaniach nad nadprzewodnictwem. Kiedy jego grubość spada do zaledwie kilku warstw atomowych, jego właściwości wydawały się stosunkowo proste. Materiał najwyraźniej posiadał pojedynczą przerwę energetyczną, czyli charakterystyczny parametr związany z powstawaniem uporządkowanego stanu elektronów odpowiedzialnego za nadprzewodnictwo.
Ten obraz od dawna budził jednak pewne wątpliwości. Szczegółowego kształtu widma energetycznego obserwowanego w eksperymentach nie dało się w pełni wyjaśnić przy wykorzystaniu tradycyjnych modeli zakładających istnienie jednego stanu nadprzewodzącego. Nowe pomiary pokazują, skąd mogło się brać to dziwactwo. W ultracienkim NbSe₂ występują dwa różne stany nadprzewodzące, które są ze sobą tak silnie sprzężone, iż w eksperymentach mogą wyglądać jak jeden. Naukowcy zaobserwowali podobne zjawisko również w TaS₂, materiale blisko spokrewnionym z NbSe₂.
Można to porównać do słuchania jednego głosu, który po dokładniejszym wsłuchaniu okazuje się idealnie zsynchronizowanym duetem. Oba stany nie działają niezależnie, lecz wzajemnie na siebie wpływają, przez co ich odrębność jest trudna do zauważenia przy mniej czułych pomiarach.
Kluczowe okazało się zastosowanie modelu uwzględniającego dwa pasma i dwa współistniejące stany nadprzewodzące. Pozwoliło to znacznie dokładniej odtworzyć wyniki eksperymentów, a także wyjaśnić reakcję materiałów na przyłożone pole magnetyczne. Tym samym naukowcy otrzymali spójne wyjaśnienie problemu, który przez lata pozostawał nierozstrzygnięty.
Czytaj też: Niespodziewana nadprzewodność w warstwowym grafenie? Naukowcy mówią o przełomowych obserwacjach
Odkrycie sugeruje jeszcze jedną rzecz: w grubszej, objętościowej postaci NbSe₂ sytuacja może być jeszcze bardziej skomplikowana. Zgodnie z wynikami badań materiał może zawierać nawet trzy wzajemnie oddziałujące stany nadprzewodzące. Oznaczałoby to, że właściwości tego pozornie dobrze poznanego materiału są znacznie bogatsze, niż wskazywały wcześniejsze obserwacje. Lepsze zrozumienie sposobu, w jaki elektrony tworzą i utrzymują stany nadprzewodzące, może w przyszłości ułatwić projektowanie materiałów o precyzyjnie kontrolowanych właściwościach. Jest to szczególnie istotne w kontekście rozwoju komputerów kwantowych, energooszczędnej elektroniki oraz zaawansowanych czujników.
Źródło: Physical Review Letters
