Учёными-физиками открыт новый механизм воспроизводства сверхпроводимости материала, когда скорость электронов практически равна нулю, но действует квантовая геометрия. Этот прорыв физиков обещает раскрыть пути разработки новых сверхпроводников. Исследуемым материалом здесь выступил скрученный двухслойный графен, где два листа уложены один на другой с небольшим угловым скручиванием.
Скрученный двухслойный графен и квантовая геометрия
В принципе, при определённом угле закручивания скорость электронов внутри структуры материала приближается к нулю. Этот факт констатирует руководитель американских исследований с китайской фамилией. Для обычного металла средняя скорость электронов характеризует проводимость. Однако в случае сверхпроводника электроны объединяются куперовскими парами, создавая равномерность течения без сопротивления или диссипации.
Исследования скрученного двухслойного графена показали — здесь электроны движутся крайне медленно, скорость фактически равна нулю. Каким же образом электроны проводят электричество, не говоря уже о сверхпроводимости? Руководитель американского исследования китайского происхождения отмечает: удалось определить, что сверхпроводимость тут даёт квантовая геометрия.
Действительно, сверхпроводимость возникает в структуре материала в условиях практически недвижимых электронов за счёт квантовой геометрии. Для подтверждения факта исследователи изготовили устройство на основе двухслойного графена, скрученного под определённым углом. Тем самым удалось измерить скорость движения электронов.
Физики решили прибегнуть к эффекту Швингера, когда пары электрон-позитрон создаются спонтанно в присутствии электрического поля, что позволяет измерить скорость электронов и сверхпроводимость. Полученные результаты впечатляют. Впервые эффект Швингера удалось реально наблюдать в релятивистской физике элементарных частиц сверхпроводника.
Доминирующий вклад вносит квантовая геометрия
Экспериментальные измерения и теоретический анализ показали: доминирующий вклад в сверхпроводимость вносит квантовая геометрия, аналогичная обычной геометрии, но происходящая из квантовой физики многих тел. Внутри так называемого гильбертового пространства квантовая геометрия способна привести к невероятным свойствам материалов.
В частности, проявляется сверхпроводимость, обеспечиваемая квантовой геометрией, представляющая нетрадиционный механизм. Новые результаты исследований в этом направлении обещают стать основой для открытия и разработки новых сверхпроводников. Таковые функционируют в условиях более высоких температур при атмосферном давлении.
Следует отметить: высокотемпературный сверхпроводник, работающий в условиях комнатной температуры, долгое время оставался «святым Граалем» физики конденсированных сред и материалов. Разработка такого проводника кардинально изменит жизнь общества. В этом случае, к примеру, более эффективно транспортировать электроэнергию и значительно дешевле эксплуатировать поезда на магнитной подушке.
При помощи информации: UTexas