Ученые, возглавляемые доцентом Университета Гронингена Джастином Йе, использовали электрическое поле для индукции сверхпроводимости в монослое полупроводникового дисульфида вольфрама (WS2). В исходном состоянии с очень небольшим количеством носителей WS2 ведет себя как изолятор. «По сути, электрическое поле добавляет носители к этому изолятору с нормальной зоной, что увеличивает проводимость», — объясняет Е. При низких температурах это вызывает сверхпроводящее состояние.ТемператураВ сверхпроводящей фазе температура, при которой возникает сверхпроводимость, повышается по мере увеличения электрического поля, а затем снова падает.
Такая куполообразная кривая наблюдалась во многих сверхпроводниках на протяжении нескольких десятилетий. Это одна из отличительных черт высокотемпературных сверхпроводников, многие загадки которой еще предстоит объяснить. Подобный купол недавно также наблюдался в нескольких сверхпроводниках, которые были индуцированы или контролировались полевым эффектом. То, что наблюдали Йе и его коллеги, заключалось в том, что по мере дальнейшего увеличения электрического поля система снова переходит от сверхпроводника к изолятору.
«Этот полный диапазон фазовой диаграммы, от изолятора до сверхпроводника и затем до изолятора на входе, никогда раньше не наблюдался так четко», — говорит Е. «Нам это удалось, потому что мы работали с действительно двумерным материалом и использовали ионную жидкость для создания электрического поля, которое намного сильнее, чем обычно применяемое». Обычно, когда больше носителей добавляется к объемной или квази-двумерной системе, электрическое поле в конечном итоге блокируется. Е: «Но в монослое WS2 наше более сильное поле все еще может проходить, поэтому мы смогли наблюдать весь диапазон и в конечном итоге достичь изолирующей фазы».Нелогичный
Это позволило им сделать выводы о том, почему появляются разные фазы. «Мы предполагаем, что носители заряда в материале в конечном итоге будут локализованы сильным электрическим полем. Таким образом, они больше не могут двигаться сквозь материал, и он становится изолятором ». Это очень нелогично, добавляет Йе: «Люди обычно считают, что более высокая частота стробирования означает большее количество носителей, следовательно, более металлическое поведение». Это открытие может проложить путь к рациональной конструкции двумерных сверхпроводящих устройств, работающих при относительно высоких температурах. «Понимание — это первый шаг к управлению свойствами материалов для устройств», — заключает Е.