Институт Вейцмана представил прорывной инструмент для наблюдения за сверхпроводимостью

Учёные из Института Вейцмана представили революционный инструмент для изучения квантовых эффектов — криогенный квантовый скрученный микроскоп (QTM).

Эта разработка уже удостоена публикации в престижном журнале Nature.

Квантовые свойства материалов напрямую зависят от поведения их элементарных частиц. Электроны отвечают за электрическое сопротивление, а колебания атомной решётки — фононы — влияют на теплопроводность. Несмотря на свою важность, наблюдать фононы крайне сложно. В материалах существуют и другие квазичастицы, такие как фазоны, которые формируются в сложных апериодических структурах. Их взаимодействие с электронами может порождать уникальные физические явления.

Ярким примером такого эффекта стал открытый ранее феномен сверхпроводимости в двухслойном графене. Учёные заметили: если два атомных слоя графена наложить друг на друга под углом ровно 1,1 градуса — так называемым "магическим углом" — сопротивление материала неожиданно падает до нуля. Однако точные причины этого оставались загадкой.

Теперь с помощью нового микроскопа QTM исследователи смогли буквально "увидеть" квантовые квазичастицы, возникающие в подобной структуре. В частности, они зафиксировали усиление связи между электронами и фазонами по мере приближения к этому магическому углу, что ранее не наблюдалось. Эти данные позволяют предположить, что именно фазоны играют ключевую роль в появлении сверхпроводимости в двухслойном графене.

"Наш метод открывает гораздо больше возможностей, чем просто наблюдение за фононами", — отмечает один из авторов исследования Цзевэнь Сяо. — "Мы можем фиксировать любое коллективное возбуждение, связанное с туннелированием электронов — будь то плазмоны, магноны, спиноны или другие квазичастицы".

Инновационный QTM обещает стать важным инструментом для изучения квантовых материалов, включая будущие технологии в сфере квантовых вычислений, сенсоров и электроники. Его способность исследовать как электронные состояния, так и их взаимодействия с другими возбуждениями, открывает путь к новым открытиям в мире квантовой физики.

Ранее "Курсор" сообщал, что ученые Техниона открыли неожиданный параметр в поведении фотонов.