Ученые впервые соединили сверхпроводник с полупроводником
Впервые удалось совместить два захватывающих типа материалов: ультратонкий полупроводник толщиной всего в один атом и сверхпроводник, способный проводить электричество с нулевым сопротивлением.
Оба эти материала обладают необычными и захватывающими свойствами, и, собрав их вместе в тонком лабораторном процессе, команда, стоящая за исследованием, надеется открыть все виды новых приложений в классической и квантовой физике.
Полупроводники - это ключ к электрическим устройствам, которые доминируют в нашей жизни, от телевизоров до телефонов. Что делает их такими полезными, по сравнению с обычными металлами, так это то, что их электропроводность можно регулировать, подавая на них напряжение (среди других методов), что позволяет легко включать и выключать ток.
Здесь был извлечен единственный слой полупроводникового дисульфида молибдена (MoS 2) и добавлен в процесс изготовления.
Затем у нас есть сверхпроводники, способные передавать электрический заряд с идеальной эффективностью и ничего не терять на тепло при определенной температуре (обычно чрезвычайно низкой).
В этой установке к устройству был добавлен сверхпроводник под названием молибден-рений (MoRe), и исследователи ожидают наблюдения совершенно новых физических явлений на их комбинированных материалах.
"В сверхпроводнике электроны объединяются в пары, как партнеры в танце - со странными и чудесными последствиями, такими как протекание электрического тока без сопротивления", - говорит физик Андреас Баумгартнер из Базельского университета в Швейцарии.
"В полупроводниковом дисульфиде молибдена, с другой стороны, электроны исполняют совершенно другой танец, странную сольную программу, которая также включает в себя их магнитные моменты. эти материалы ".
Ультратонкие полупроводники, подобные используемому здесь, в настоящее время являются горячей темой исследований для исследователей: их можно сложить вместе, чтобы сформировать совершенно новые синтетические материалы, известные как гетероструктуры Ван-дер-Ваальса.
Эти структуры имеют множество потенциально инновационных применений, таких как возможность управлять электронным магнетизмом с помощью электрических полей. Однако большая часть этого потенциала все еще теоретическая, потому что ученые просто не знают, какие эффекты они собираются получить и какие устройства они могут создать. Вот почему так важно добиться успеха в создании этой последней комбинации.
В этой последней установке команда обнаружила доказательства сильной связи (взаимодействия, известной как эффект близости) между полупроводниковым слоем и сверхпроводником, когда материалы охлаждались чуть выше абсолютного нуля (-273,15 ° C)..
"Сильная связь - ключевой элемент в новых захватывающих физических явлениях, которые мы ожидаем увидеть в таких гетероструктурах Ван-дер-Ваальса, но никогда не смогли продемонстрировать", - говорит физик Мехди Рамезани из Базельского университета.
Соединить эту связь полупроводник-сверхпроводник непросто - как и следовало ожидать, учитывая, что никто этого не делал раньше. Полупроводник помещен в сэндвич с изолирующими слоями сверху и снизу, а отверстия, протравленные в верхней части изолирующего слоя, обеспечивают доступ к электрическим контактам.
Сверхпроводящий материал заполняет щели, оставленные отверстиями, и процесс завершается в заполненном азотом перчаточном ящике, чтобы защитить готовую систему от повреждений. С дистанционным управлением микроманипуляторами используются для завершения изготовления, под оптическим микроскопом.
Теперь, когда изготовление готово, можно начинать испытания и эксперименты - и они уже начались, в холодильниках, охлажденных почти до абсолютного нуля. Более того, исследователи считают, что в будущем они могут использовать ту же технику для работы с другими полупроводниками, что еще больше расширит их потенциал.
"Наши измерения показывают, что эти гибридные однослойные полупроводниковые компоненты действительно возможны - возможно, даже с другими, более экзотическими контактными материалами, которые проложат путь к дальнейшим исследованиям", - говорит Баумгартнер. Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.
