Физики из Массачусетского технологического института открыли необычное свойство графена с «магическим углом». Если расположить слои графена под определенными углами, сверхпроводимость можно активировать и выключать электрическим импульсом. Технология подойдет для создания сверхбыстрых, энергоэффективных сверхпроводящих транзисторов для нейроморфных устройств.
Для создания «управляемого сверхпроводника» физики расположили графен между двумя слоями нитрида бора — двумерного изолирующего материала. Центр этого «сэндвича» образуют два листа графена, при этом верхний повернут по отношению к нижнему на «магический» угол 1,1°. Сверху и снизу его покрывают слои нитрида бора. При этом первый выровнен по отношению к верхнему слою графена, а второй смещен на 30°.
Иллюстрация устройства: темно серый графен в центре зажат между слоями нитрида бора (синий и фиолетовый). На врезке узоры, сформированные двухслойным графеном, свернутым под «магическим» углом. Изображение: Dahlia R. Klein et al., Nature Nanotechnology, MIT News
Исследователи обнаружили, что если подать напряжение на такой слой графена, то скрученный двухслойный графен переключал электронные состояния, переходя между изолирующим, проводящим и сверхпроводящим состояниями при определенных известных напряжениях.
Подобные результаты исследователи получали и раньше, но в новом исследовании физики также показали, что электронное состояние сохраняется, а не исчезает после снятия напряжения. Они обнаружили, что при определенном напряжении слои графена превращались в сверхпроводник и оставались им даже после того, как напряжение выключили.
Этот бистабильный эффект предполагает, что для активации сверхпроводимости в скрученном графене достаточно «щелчка пальцев» — короткого электрического импульса.
Для подавляющего большинства материалов, если убрать электрическое поле, электрическое состояние исчезнет. Впервые был создан сверхпроводящий материал, который можно резко включать и выключать с помощью электричества. Это проложит путь к новому поколению скрученной сверхпроводящей электроники на основе графена.
Пабло Харилло-Эрреро, профессор физики Массачусетского технологического института и соавтор исследования
