Експериментальні дослідження надрешіток з тришарового графену, розташованого між листами нітрида бору, дозволили виявити фазові переходи з металевого стану в моттовський діелектрик, а з нього - в надпровідник. Це робить подібні структури ідеальними кандидатами для вивчення фізики сильно скорілюваних систем, таких як високотемпеолог ні надпровідники. Основною перевагою таких речовин є можливість варіювати електронні параметри, пишуть автори в журналі.
Високотемпеолог на надпровідність (ВТСП) є однією з найактуальніших тем у фізиці конденсованого стану. Стандартні надпровідники, у яких опір зникає при близькій до абсолютного нуля температурі, добре описуються теорією Бардіна - Купера - Шріффера. Однак для сполук, що переходять в такий стан при температурі вище 100 кельвін, повноцінної теорії досі не існує. Ця ситуація не тільки незадовільна з точки зору теоретиків, але вона також не дозволять розробляти все більш високотемпеолог ні надпровідники, а відкриття рекордних випадків більше пов'язані з випадковими знахідками.
Один із запропонованих підходів пов'язує ВТСП з допированными моттовськими діелектриками за допомогою моделі Хаббарда. Ізолятори Мотта відповідно до стандартної теорії електропровідності повинні бути провідниками, але насправді вони струм не проводять через сильну взаємодію між електронами. Модель Хаббарда - це наближення у фізиці конденсованого стану, яке описує стрибки електронів між різними положеннями в кристалічній решітці і взаємодію їх при попаданні на одну ділянку. Однак теоретичне рішення в разі моттівських діелектриків виявляється надзвичайно складним саме через сильну взаємодію електронів.
У статті колективу фізиків з Китаю, США, Південної Кореї та Японії, керівником якого виступив Фен Ван (Feng Wang) з Національної лабораторії імені Лоуренса в Берклі, демонструється детальне дослідження такої системи. Ідея авторів полягає в приміщенні надрешітки з трьох аркушів графена між двома шарами нітриду бора зі схожою шестикутною будовою. Так як відстань між атомами в двох з'єднаннях різниться, то в деяких місцях вони опиняються строго один над одним, в сусідніх - злегка зміщені, а через приблизно 10 нанометрів знову збігаються, формуючи характерний муаровий візерунок. У результаті виходить гетероструктура, в якій силою взаємодії електронів можна керувати. Раніше цей же колектив теоретично обґрунтував цю можливість, а в новій роботі реалізував задумку в експерименті.
Автори розмістили по сторонах структури металеві контакти, підвівши один і до графена. Таким чином вийшов транзистор з двома затворами, що дозволило керувати концентрацією електронів у кожній муаровій комірці за допомогою вертикального електричного поля. Фізики проводили досліди з отриманою структурою при різній температурі. При 5 кельвінах вона перетворилася з провідника з металевими властивостями в моттовський діелектрик, а при охолодженні нижче 40 мілікельвін опір різко впав. Однак це відбувалося тільки при накладенні потужного вертикального електричного поля з градієнтом на рівні піввольту на нанометр, яке керувало силою взаємодій електронів. Оскільки загальної теорії взаємодій таких складних систем немає, то авторам довелося провести безліч експериментів, перш ніж вони наші потрібні значенням параметрів.
Незвичайний варіант надпровідності відносно недавно відкрили в двошаровому графені, один з аркушів якого повернуть на «магічний кут» в 1,1 градус. Однак керувати параметрами в такому випадку неможливо. Автори зазначають, що їхній підхід має кілька переваг. По-перше, тришарова структура дозволяє керувати ступенем скорельованості електронів за допомогою вертикального електричного поля, по-друге, муаровий візерунок надрешітки більш однорідний, ніж у разі графену з поворотом аркушів, а по-третє, нова система набагато менше залежить від кутів між шарами, що дає додаткову свободу.
Нещодавно вчені експериментально зафіксували парадокс Клейна, тобто ідеальне тунелювання при наявності потенційного бар'єру, в разі топологічного провідника в надпровідному стані. Також фізики підтвердили надпровідність гідриду лантану при температурі - 23 градуси Цельсія. Ще однією незвичайною системою без електричного опору виявився збагачений дірками купрат барію.