Para ilmuwan menemukan keadaan superkonduktor yang sulit dipahami yang diprediksi pertama kali pada tahun 2017

Dalam percobaan terobosan, para peneliti dari University of Groningen berkolaborasi dengan rekan-rekan dari Universitas Nijmegen dan Twente di Belanda dan Institut Teknologi Harbin di Cina. Bersama-sama, mereka mengonfirmasi keberadaan negara superkonduktor yang diprediksi pertama kali pada 2017.

Temuan mereka, yang memberikan bukti bentuk unik dari keadaan FFLO superkonduktor, baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Tawas. Terobosan ini berpotensi berdampak pada bidang elektronika superkonduktor pada khususnya.

Penulis utama makalah ini adalah Profesor Justin Yee, yang mengepalai Device Physics for Complex Materials Group di University of Groningen. Yeh dan timnya sedang mengerjakan kasus superkonduktor Ising. Ini adalah kasus khusus yang dapat menahan medan magnet yang biasanya merusak superkonduktivitas, dan hanya itu Grup yang dijelaskan pada tahun 2015.

Pada 2019, mereka menciptakan Perangkat dengan lapisan ganda molibdenum disulfidae dapat dikaitkan dengan keadaan superkonduktor dari icing yang ada di dua lapisan. Menariknya, perangkat yang dikembangkan oleh Ye dan timnya memungkinkan untuk menghidupkan atau mematikan perlindungan ini menggunakan medan listrik, menghasilkan transistor superkonduktor.

Sulit dimengerti

Perangkat superkonduktor ganda Ising menyoroti tantangan lama di bidang superkonduktivitas. Pada tahun 1964, empat ilmuwan (Fulde, Ferrell, Larkin dan Ovchinnikov) meramalkan keadaan superkonduktor khusus yang dapat terjadi dalam kondisi suhu rendah dan medan magnet yang kuat, yang disebut sebagai keadaan FFLO.

Dalam superkonduktivitas standar, elektron bergerak berlawanan arah sebagai pasangan Cooper. Karena mereka bergerak dengan kecepatan yang sama, kecepatan total elektron ini adalah nol. Namun, dalam kasus FFLO, terdapat sedikit perbedaan kecepatan antara elektron pada pasangan Cooper, yang menunjukkan kecepatan kinetik bersih.

“Kasus ini sangat sulit dipahami dan hanya ada beberapa material yang diklaim sebagai superkonduktor biasa,” kata Yeh. Namun, ini tidak semuanya konklusif.

Diagram fase ini menunjukkan adanya enam keadaan orbital anisotropik, yang menempati sebagian besar diagram fase. Di sudut kanan atas, ilustrasi skema menunjukkan modulasi spasial dari parameter urutan superkonduktor. Kredit: P. Wan/Universitas Groningen

Medan magnet yang kuat diperlukan untuk membuat status FFLO dalam superkonduktor tipikal. Tapi peran yang dimainkan oleh medan magnet perlu disesuaikan. Sederhananya, kita perlu menggunakan efek Zeeman untuk membuat medan magnet memainkan dua peran. Ini memisahkan elektron menjadi pasangan Cooper berdasarkan arah putarannya (momen magnetik), tetapi tidak pada efek orbital—peran lain yang umumnya merusak superkonduktivitas.

“Ini negosiasi rumit antara superkonduktivitas dan medan magnet eksternal,” jelas Yi.

Sidik jari

Penulis pertama Puhua Wan mengembangkan model yang memenuhi semua persyaratan untuk menunjukkan bahwa pasangan Cooper memang memiliki kecepatan yang terbatas. Kredit: P. Wan/Universitas Groningen

Ini adalah superkonduktivitas, disajikan oleh Ye dan kolaboratornya dan diterbitkan dalam jurnal Pengetahuan Pada 2015, dia menyerang efek Zeeman. “Dengan memfilter komponen kunci yang memungkinkan FFLO konvensional, kami membebaskan cukup ruang untuk medan magnet memainkan peran lainnya, yaitu efek orbital,” kata Yeh.

“Apa yang kami tunjukkan dalam makalah kami adalah jejak yang jelas dari keadaan FFLO yang didorong oleh efek orbital pada superkonduktor Ising,” jelas Yi. “Ini adalah kasus FFLO yang berbeda, pertama kali dijelaskan secara teoritis pada tahun 2017.” Keadaan FFLO dalam superkonduktor konvensional membutuhkan suhu yang sangat rendah dan medan magnet yang sangat kuat, membuatnya sulit untuk dibuat. Namun, dalam superkonduktor Ye’s Ising, keadaan ini dicapai dengan medan magnet yang lemah dan pada suhu tinggi.

Transistor

Faktanya, pada tahun 2019 Yi pertama kali mengamati tanda-tanda status FFLO pada perangkat superkonduktor untuk molibdenum disulfida. “Saat itu, kami tidak bisa membuktikannya karena sampelnya tidak cukup bagus,” kata Yi. Namun, dia memiliki gelar Ph.D. Siswa Puhua Wan mampu membuat model materi yang memenuhi semua persyaratan untuk menunjukkan bahwa pasangan Cooper sebenarnya memiliki kecepatan rendah. “Pengujian yang sebenarnya memakan waktu setengah tahun, tetapi menganalisis hasilnya menambahkan satu tahun lagi,” kata Yeh. Wan adalah guru pertama Tawas Kertas.

Keadaan superkonduktor baru ini perlu diselidiki lebih lanjut. Anda: “Ada banyak hal yang harus dipelajari tentangnya. Misalnya, bagaimana kecepatan gerakan memengaruhi parameter tubuh? Mempelajari keadaan ini akan memberikan wawasan baru tentang superkonduktivitas. Ini memungkinkan kita untuk mengontrol keadaan ini di perangkat seperti transistor. Ini adalah tantangan kami selanjutnya.

Referensi: Puhua Wan, Oleksandr Zheliuk, Noah FQ Yuan, Xiaoli Peng, Le Zhang, Minpeng Liang, Uli Zeitler, Steffen Wiedmann, “Kondisi Orbital Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov di Ising superkonduktor”. Tawas.
DOI: 10.1038/s41586-023-05967-z