Groningen Üniversitesi’nden bilim adamları ve uluslararası ortakları, 2017’de teorik olarak tahmin edilen süper iletken bir durumun, FFLO’nun varlığını doğruladılar. Bu durumu kontrol etmek için çift katmanlı molibden disülfid kullanan cihazları, süper iletken elektronik alanında önemli ilerleme sağlayabilir.
Groningen Üniversitesi’nden araştırmacılar, çığır açıcı bir deneyde Nijmegen ve T. Hollanda’daki üniversitelere ve Çin’deki Harbin Teknoloji Enstitüsü’ne gitti. Birlikte, ilk kez 2017’de tahmin edilen bir süperiletken durumun varlığını doğruladılar.
FFLO süperiletken durumunun benzersiz bir biçimine dair kanıtları gösteren bulguları yakın zamanda Nature dergisinde yayınlandı. Bu buluş, özellikle süper iletken elektronik alanında etkili olma potansiyeline sahiptir.
Bu kişi, Hollanda’daki Groningen Üniversitesi’nde Karmaşık Malzemelerin Cihaz Fiziği grubu başkanı ve FFLO süper iletken durumuyla ilgili Nature makalesinin baş yazarı Profesör Dr. Justin Ye’dir. Kredi: Sylvia Germes
Makalenin baş yazarı, Groningen Üniversitesi’nde Karmaşık Malzemelerin Cihaz Fiziği grubunun başkanı olan Profesör Justin Ye’dir. Ye ve ekibi, Ising’in süperiletken durumu üzerinde çalışıyor. Bu, genel olarak süperiletkenliği yok eden manyetik alanlara direnebilen özel bir durumdur ve ekip tarafından 2015’te açıklanmıştır.
2019’da, iki katmanda bulunan Ising süperiletkenlik durumlarını bir araya getirebilecek çift molibden disülfit katmanı içeren bir cihaz yarattılar. İlginç bir şekilde, Ye ve ekibi tarafından oluşturulan cihaz, bir elektrik alanı kullanarak bu korumayı açıp kapatmayı mümkün kılarak süper iletken bir transistör elde edilmesini mümkün kılıyor.
Zor
Birleştirilmiş Ising süper iletken cihazı, süper iletkenlik alanında uzun süredir devam eden bir soruna ışık tutuyor. 1964’te dört bilim insanı (Fulde, Ferrell, Larkin ve Ovchinnikov), FFLO durumu olarak adlandırılan, düşük sıcaklık ve güçlü manyetik alan koşulları altında var olabilecek özel bir süperiletken durumu tahmin etti.
Standart süperiletkenlikte, elektronlar Cooper çiftleri olarak zıt yönlerde hareket eder. Aynı hızda hareket ettiklerinden, bu elektronların toplam kinetik momentumu sıfırdır. Ancak FFLO durumunda, Cooper çiftlerindeki elektronlar arasında küçük bir hız farkı vardır, bu da net bir kinetik momentum olduğu anlamına gelir.
“Bu durum çok anlaşılmaz ve normal süperiletkenlerde var olduğunu iddia eden yalnızca bir avuç makale var” diyor Ye. “Ancak bunların hiçbiri kesin değil.”
Bu faz diyagramı, faz diyagramının önemli bir bölümünü kaplayan altı katlı anizotropik yörünge FFLO durumunun varlığını gösteriyor. Sağ üst köşede, şematik çizimler, süperiletken sipariş parametresinin uzamsal modülasyonunu göstermektedir. Kredi: P. Wan / Groningen Üniversitesi
Geleneksel bir süper iletkende FFLO durumunu oluşturmak için güçlü bir manyetik alan gereklidir. Ancak manyetik alanın oynadığı rolün dikkatli bir şekilde ayarlanması gerekiyor. Basitçe söylemek gerekirse, manyetik alanın oynayacağı iki rol için Zeeman etkisini kullanmamız gerekiyor. Bu, Cooper çiftlerindeki elektronları spin yönlerine (manyetik bir moment) göre ayırır, ancak normalde süperiletkenliği yok eden diğer rol olan yörünge etkisine göre ayırmaz.
“Bu, süperiletkenlik ile harici manyetik alan arasındaki hassas bir ilişkidir” diye açıklıyor Ye.
Parmak izi
Birinci yazar Puhua Wan, gerçekten de sonlu bir nokta olduğunu göstermek için tüm gereksinimleri karşılayan numuneler üretti. Cooper çiftlerinde momentum. Kredi: P. Wan / Groningen Üniversitesi
Ye ve ortak çalışanlarının 2015 yılında Science dergisinde tanıtıp yayınladığı Ising süperiletkenlik, Zeeman etkisini bastırır. Ye, “Geleneksel FFLO’yu mümkün kılan ana bileşeni filtreleyerek, manyetik alanın diğer rolünü, yani yörünge etkisini oynaması için geniş bir alan sağladık” diyor. “Bu, ilk olarak 2017’de teoride açıklanan alışılmadık bir FFLO durumu.” Geleneksel süper iletkenlerdeki FFLO durumu, son derece düşük sıcaklıklar ve oluşturulmasını zorlaştıran çok güçlü bir manyetik alan gerektirir. Ancak Ye’nin Ising süper iletkeninde duruma daha zayıf bir manyetik alanla ve daha yüksek sıcaklıklarda ulaşılır.
Transistörler
Aslında Ye, FFLO durumunun belirtilerini ilk olarak 2019’da molibden disülfid süper iletken cihazında gözlemledi. Ye, “O zamanlar bunu kanıtlayamadık çünkü örnekler yeterince iyi değildi” diyor. Ancak, doktorası öğrenci Puhua Wan, o zamandan beri Cooper çiftlerinde gerçekten de sonlu bir momentum olduğunu göstermek için tüm gereklilikleri karşılayan malzemeden örnekler üretmeyi başardı. Ye, “Gerçek deneyler altı ay sürdü, ancak sonuçların analizi bir yıl daha ekledi” diyor. Wan, Nature makalesinin ilk yazarıdır.
Bu yeni süperiletken durumun daha fazla araştırılması gerekiyor. Ye: “Bu konuda öğrenecek çok şey var. Örneğin, kinetik momentum fiziksel parametreleri nasıl etkiler? Bu durumu incelemek, süperiletkenlik hakkında yeni bilgiler sağlayacaktır. Bu da transistör gibi cihazlarda bu durumu kontrol etmemizi sağlayabilir. Sıradaki görevimiz bu.”
Referans: “Ising süper iletkeninde Orbital Fulde–Ferrell–Larkin–Ovchinnikov durumu” yazan Puhua Wan, Oleksandr Zheliuk, Noah F. Q. Yuan, Xiaoli Peng, Le Zhang, Minpeng Liang, Uli Zeitler, Steffen Wiedmann, Nigel E. Hussey, Thomas T. M. Palstra ve Jianting Ye, 24 Mayıs 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-05967-z