Графен состоит из слоя атомов углерода, соединенных в шестиугольную структуру, напоминающую проволочную сетку. В 2010-х годах ученые предсказали, что если два слоя графена наложить друг на друга с небольшим смещением, то полученная «муаровая структура» будет демонстрировать необычное электронное поведение. В 2018 году группе физиков под руководством Пабло Хариольо-Эрреро удалось впервые получить такой графен и наблюдать некоторые из его свойств. Это открытие дало начало новому направлению — твистронике, или изучению атомарно тонких, точно скрученных материалов.

Целью нового исследования Харильо-Эрреро и его коллег из Массчусетского технологического института было наблюдение необычной сверхпроводимости в структуре «магического графена». Для этого им необходимо было измерить сверхпроводящую щель материала. «Когда материал становится сверхпроводящим, электроны движутся парами, а не по отдельности, и возникает энергетическая щель, отражающая характер их связи, — объяснил Пак Чон Мин, один из участников эксперимента. — Форма и симметрия этой щели раскрывают нам основополагающую природу сверхпроводимости».

Команда разработала и применила новый метод измерения щели, сочетающий электронное туннелирование с электрическим транспортом. С его помощью они смогли однозначно идентифицировать сверхпроводящую туннельную щель, которая появляется только при нулевом электрическом сопротивлении материала, что является отличительным признаком сверхпроводимости. Затем они проследили, как она меняется под действием температуры и магнитных полей.

Примечательно, пишет MIT News, что щель имела четкий V-образный профиль, который явно отличался от плоской и однородной формы обычных сверхпроводников. Такая форма отражает необычный механизм, посредством которого электроны в «магическом графене» образуют пары, создавая сверхпроводящие состояния. Точная природа происходящего ученым пока непонятна.

В дальнейшем команда собирается протестировать новым методом другие двумерные скрученные структуры и материалы. Это позволит изучить базовые электронные структуры сверхпроводимости и других квантовых фаз по мере их возникновения в одном и том же образце. В перспективе, это откроет путь к появлению новых сверхпроводящих и квантовых материалов.

Весной этого года ученые сообщили о создании нового материала из скрученного графена. Эти интеркристаллы обладают уникальными электронными свойствами, которые открывают путь к разработке более эффективных электронных устройств, квантовых процессоров и экологически чистых материалов.