Понимание того, как электроны движутся в материалах, — это путь к созданию искусственных сверхпроводников. Группа ученых из Гарвардского университета и Университета Тампере в Финляндии впервые зафиксировала ранее неизвестный вариант перемещения электронов в двумерном материале.
Разветвленный поток возникает, когда любая волна — звуковая, световая или даже морская — движется по неровным поверхностям. Столкновения с элементами поверхности превращают волну в похожие на деревья хаотические «ветки». Ранее разветвленный поток никогда не наблюдался в твердых двумерных структурах. Это открытие может объяснить, как квантовая механика влияет на поведение электронов, и дать ученым возможность управлять траекториями электронов, чтобы создать искусственные сверхпроводники со «сверхпроводами».
«Разветвленный поток замечен во всех видах трехмерных хаотических систем, таких как газы или цунами, и даже в мыльных пузырях, — говорит Альвар Даса Эстебан, один из авторов исследования. — Но никто не ожидал увидеть это явление в двумерных периодических системах».
Периодические системы — это решетки, похожие на упорядоченные улицы из кирпича. В 2D-материалах эти структуры близки к идеальным, и это позволяет электронам найти путь без сопротивления, необходимый для сверхпроводимости. Но воссоздать такое совершенство искусственно практически невозможно.
«Люди пытаются придумать сверхпровода, которые будут гладкими и избавленными от дефектов. И, если говорить коротко, у них не получается», — отмечает Эрик Хеллер, соавтор исследования.
Кроме того, в принципе провода должны быть трехмерными. Слои составных решеток дадут электронам больше путей, чтобы сбежать в неизвестном направлении, и, соответственно, замедлиться.
Соответственно, задача меняется: нужно научиться контролировать разветвленный поток. Некоторые сверхпроводники работают, когда фононы помогают электронам образовывать пары. Поскольку группы двойных электронов могут перемещаться вместе, ученые прибегли к ультрахолодным температурам или экстремальное давление, чтобы спровоцировать образование пар. Пока и то и другое сложно использовать вне лаборатории. Но если ученые научатся управлять обнаруженным разветвленным потоком, им не понадобятся фононы: они могут вынуждать электроны образовывать пары через сверхпровода.
Возможно, это первый шаг к созданию искусственных сверхпроводников. Команда планирует дальше наблюдать, как ведут себя разветвленные электроны, и экспериментировать с управлением потоком. В частности, они попытаются создать изогнутый канал в материале, чтобы попробовать улавливать электроны и менять их движение.
Читать далее:
Ученые восстановили лицо женщины бронзового века, которую похоронили с драгоценностями
Ученые изучили необъяснимые сигналы с Венеры: возможно, это активный вулкан
Что будет, если Солнце исчезнет: через неделю, год и миллион лет