Международной группе, в состав которой входили ученые из Японии, Израиля и США, впервые в истории удалось продемонстрировать эффект движения электрического тока только в одном направлении в среде сверхпроводящего материала.
Такое явление, имеющее название хиральной сверхпроводимости, отличается от обычной сверхпроводимости, при которой электрические токи могут одинаково хорошо течь по проводнику в обоих направлениях.
Явление хиральной сверхпроводимости объединяет в себе два понятия, которые не пересекались ранее между собой в пределах одного материала.
Первым является понятие хиральности, которое заключается в существовании двух материалов, являющихся зеркальным отражением друг друга, как правая и левая рука человека.
И второе понятие – это сверхпроводимость, состояние материи, возникающее при сверхнизких температурах, при котором она может пропускать через себя электрический ток без сопротивления и без потерь соответственно.
Экспериментальное создание явления хиральной сверхпроводимости ранее было невозможным из-за ряда противоречивых требований к используемым материалам.
Первые исследования в этом направлении проводились при помощи углеродных нанотрубок, которые обладают свойствами и хиральности, и сверхпроводимости при определенных условиях.
Ученым удалось добиться электронной сверхпроводимости углеродных нанотрубок, но сделано это было по отношению не к отдельным нанотрубкам, а по отношению к материалу, состоящему из множества нанотрубок.
Данное достижение стало возможным благодаря применению нового материала, дисульфида вольфрама, который относится к классу переходных дихалькогенидов. Этот материал и многие другие из этого класса рассматриваются сейчас в качестве кандидатов на их применение в электронике, фотонике, спинтронике и в других областях.
Нанотрубки, изготовленные из дисульфида вольфрама, являются сверхпроводниками при низких температурах, и они также имеют хиральную структуру. Более того, ученым известны некоторые методы, позволяющие управлять током, текущим через нанотрубку их дисульфида вольфрама, находящуюся в сверхпроводящем состоянии.
Когда исследователи охладили созданное ими устройство до температуры в 5.8 градусов Кельвина и начали пропускать через него переменный электрический ток, они установили, что сопротивление нанотрубки снизилось наполовину от его нормального значения в сверхпроводящем состоянии.
После этого они применили магнитное поле, которое было направлено параллельно нанотрубке, и увидели ассиметричные сигналы, ток которых тек только в одном направлении.
Подобные сигналы появляются иногда и в обычных сверхпроводящих материалах, но их величина столь мала, что ее можно не принимать в расчет.
Исследователи считают, что причиной существенного усиления “однонаправленных” сигналов является именно хиральная структура нанотрубок из дисульфида вольфрама.
Хиральность материалов, как известно, затрагивает их оптические, магнитные и электрические свойства, что в некоторых случаях вызывает появление достаточно странных, нетривиальных, но уже немного изученных явлений, таких, как магнитные скирмионы в хиральных магнитных материалах.
С другой стороны, ученые подозревали о возможности существования хиральной сверхпроводимости, но до последнего времени никому не удавалось засвидетельствовать это явление экспериментальным путем.
Пока еще сложно сказать, к каким результатам может привести данное открытие. Ведь эта область физики в настоящее время малоизученна и для того, чтобы поиметь из этого всего какую-нибудь практическую пользу, могут потребоваться годы и десятилетия времени.