Международная группа исследователей под руководством профессора Ронни Томале из Вюрцбургско-Дрезденского кластера передового опыта ct.qmat и Университета Вюрцбурга (JMU) подтвердила свою теорию сверхпроводимости в металлах Кагоме. Эта теория предполагает, что куперовские пары демонстрируют волнообразное распределение в металлах Кагоме, что может привести к созданию новых электронных компонентов, таких как сверхпроводящие диоды.

Металлы Кагоме, названные в честь японского плетёного узора, имеют уникальную кристаллическую геометрию, сочетающую в себе отличительные электронные, магнитные и сверхпроводящие свойства. Эта структура даёт им свойства, которые могут быть полезны для различных приложений. Например, металлы Кагоме могут иметь высокую проводимость.

Теория Томале предполагает, что в металлах Кагоме может проявляться уникальный тип сверхпроводимости, при котором пары Купера распределяются волнообразно внутри подрешёток. Пары Купера — это пары электронов, которые связаны вместе и могут двигаться вместе. Когда металл Кагоме охлаждается до очень низкой температуры, пары Купера могут образовывать сверхпроводящую жидкость. Эта сверхпроводящая жидкость может проводить электричество без сопротивления, что делает металл Кагоме сверхпроводящим. Открытие может привести к созданию новых электронных компонентов.

Исследователи ct.qmat продолжают изучать металлы Кагоме и их свойства, чтобы лучше понять их потенциал для будущих квантовых технологий. В частности, они ищут металлы Кагоме, где куперовские пары демонстрируют пространственную модуляцию без волн плотности заряда, возникающих до сверхпроводимости.

Эксперимент, который подтвердил теорию Томале, был разработан Цзя-Синь Инем в Южном университете науки и технологий в Шэньчжэне, Китай. Он использовал сканирующий туннельный микроскоп, оснащённый сверхпроводящим наконечником, способным напрямую наблюдать куперовские пары.

Конструкция этого наконечника, заканчивающегося одним атомом, основана на эффекте Джозефсона, удостоенном Нобелевской премии. Сверхпроводящий ток проходит между наконечником микроскопа и образцом, что позволяет проводить прямое измерение распределения куперовских пар.

«Текущие результаты являются ещё одной вехой на пути к энергоэффективным квантовым устройствам. Хотя эти эффекты в настоящее время наблюдаются только на атомном уровне, как только сверхпроводимость Кагоме станет достижимой в макроскопическом масштабе, станут возможными новые сверхпроводящие компоненты. И это то, что движет нашими фундаментальными исследованиями», — утверждает профессор Томале.

В то время как самый длинный в мире сверхпроводящий кабель был установлен в Мюнхене, интенсивные исследования сверхпроводящих электронных компонентов всё ещё ведутся. Первые сверхпроводящие диоды уже были разработаны в лаборатории, но они полагаются на комбинацию различных сверхпроводящих материалов.

Напротив, уникальные сверхпроводники Кагоме с присущей им пространственной модуляцией куперовских пар действуют как диоды, открывая захватывающие возможности для сверхпроводящей электроники и цепей без потерь.