Новые 2D-сверхпроводники образуются при более высоких температурах

Новый межфазный обладает новыми свойствами, которые поднимают новые фундаментальные вопросы и могут быть полезны для обработки квантовой информации или квантового ирования.


Интерфейсы в твердых телах составляют основу многих современных й. Например, транзисторы во всех наших электронных устройствах работают, управляя электронами на границах раздела полупроводников. В более широком смысле, граница раздела между любыми двумя ами может иметь уникальные свойства, которые резко отличаются от свойств, обнаруженных в любом материале по отдельности, что создает почву для новых открытий.

Подобно полупроводникам, сверхпроводящие материалы имеют много важных применений для технологий, от магнитов для до ускорения ских соединений или, возможно, создания квантовой технологии. Подавляющее большинство сверхпроводящих материалов и устройств являются трехмерными, что придает им свойства, хорошо понятные ученым.

Один из фундаментальных вопросов, связанных со сверхпроводящими материалами, связан с ой перехода — чрезвычайно низкой температурой, при которой материал становится сверхпроводящим. Все сверхпроводящие материалы при обычном давлении становятся сверхпроводящими при температурах намного ниже самых холодных дней на улице.

Теперь исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики открыли новый способ создания двумерной сверхпроводимости на границе раздела материалов при относительно высокой, хотя и все еще холодной температуре перехода. Этот межфазный сверхпроводник обладает новыми свойствами, которые поднимают новые фундаментальные вопросы и могут быть полезны для обработки квантовой информации или квантового зондирования.

В ходе исследования аргоннский научный сотрудник Чанцзян Лю и его коллеги, работая в команде под руководством аргоннского материаловеда Ананда Бхаттачарьи, обнаружили, что новый двумерный сверхпроводник образуется на границе раздела оксидного изолятора под названием KTaO.3 (КТО). Их результаты были опубликованы в журнале Science 12 февраля.

В 2004 году ученые наблюдали тонкий слой проводящих электронов между двумя другими оксидными изоляторами, LaAlO.3 (LAO) и SrTiO3 (СТО). Позже было показано, что этот материал, называемый двумерным электронным газом (2DEG), может даже стать сверхпроводящим, что позволяет передавать электричество без рассеивания энергии. Важно отметить, что можно было включать и выключать с помощью электрических полей, как в транзисторе.

Однако для достижения такого сверхпроводящего состояния образец необходимо было охладить примерно до 0,2 К — температуры, близкой к абсолютному нулю (-273,15 ° C), для чего требовалось специальное устройство, известное как холодильник для разбавления. Даже при столь низких температурах перехода (ТC), LAO / STO был тщательно изучен в контексте сверхпроводимости, спинтроники и магнетизма.

В новом исследовании команда обнаружила, что в KTO межфазная сверхпроводимость может возникать при гораздо более высоких температурах. Чтобы получить сверхпроводящий интерфейс, Лю, аспирант Си Янь и его коллеги вырастили тонкие слои оксида европия (EuO) или LAO на KTO, используя современное оборудование для выращивания тонких пленок в Аргонне.