Вченим вперше вдалося продемонструвати явище хіральної надпровідності експериментальним шляхом

явище хіральної надпровідності

Міжнародній групі, до складу якої входили вчені з Японії, Ізраїлю та США, вперше в історії вдалося продемонструвати ефект руху електричного струму тільки в одному напрямку в середовищі надпровідного матеріалу.

Таке явище, що має назву хіральна надпровідність, відрізняється від звичайної надпровідності, при якій електричні струми можуть однаково добре текти по провіднику в обох напрямках.
Явище хіральної надпровідності об’єднує в собі два поняття, які не перетиналися раніше між собою в межах одного матеріалу. Першим є поняття хиральности, яке полягає в існуванні двох матеріалів, які є дзеркальним відображенням один одного, як права і ліва рука людини. І друге поняття – це надпровідність, стан матерії, що виникає при наднизьких температурах, при якому вона може пропускати через себе електричний струм без опору і без втрат відповідно.

Експериментальне створення явища хіральної надпровідності раніше було неможливим через низку суперечливих вимог до використовуваних матеріалів. Перші дослідження в цьому напрямку проводилися за допомогою вуглецевих нанотрубок, які володіють властивостями і хіральності, і надпровідності при певних умовах. Вченим вдалося домогтися електронної надпровідності вуглецевих нанотрубок, але зроблено це було по відношенню не до окремих нанотрубок, а по відношенню до матеріалу, що складається з безлічі нанотрубок.

Це досягнення стало можливим завдяки застосуванню нового матеріалу, дисульфіду вольфраму, який відноситься до класу перехідних діхалькогенідов. Цей матеріал і багато інших з цього класу розглядаються зараз як кандидати на їх застосування в електроніці, фотоніки, спінтроніці і в інших областях. Нанотрубки, виготовлені з дисульфіду вольфраму, є сверхпроводниками при низьких температурах, і вони також мають хіральнікатастрофу структуру. Більш того, вченим відомі деякі методи, що дозволяють управляти струмом, поточним через нанотрубку їх дисульфіду вольфраму, що знаходиться в надпровідного стану.

Коли дослідники охолодили створене ними пристрій до температури в 5.8 градусів Кельвіна і почали пропускати через нього змінний електричний струм, вони встановили, що опір нанотрубки знизилося наполовину від його нормального значення в надпровідного стану. Після цього вони застосували магнітне поле, яке було направлено паралельно нанотрубке, і побачили асиметричні сигнали, ток яких тек тільки в одному напрямку. Подібні сигнали з’являються іноді і в звичайних надпровідних матеріалах, але їх величина настільки мала, що її можна не брати до уваги. Дослідники вважають, що причиною істотного посилення “односпрямованих” сигналів є саме хіральна структура нанотрубок з дисульфіду вольфраму.

Хіральність матеріалів, як відомо, зачіпає їх оптичні, магнітні і електричні властивості, що в деяких випадках викликає поява досить дивних, нетривіальних, але вже трохи вивчених явищ, таких, як магнітні скірміон в хіральних магнітних матеріалах. З іншого боку, вчені підозрювали про можливість існування хіральної надпровідності, але до останнього часу нікому не вдавалося засвідчити це явище експериментальним шляхом.

Поки що складно сказати, до яких результатів може привести дане відкриття. Адже ця галузь фізики в даний час маловивчених і для того, щоб поиметь з цього всього якусь практичну користь, можуть знадобитися роки і десятиліття часу.