Магнитное поле включает сверхпроводимость в графене экспресс
Сверхпроводник обычно не дружит с магнитом: сильное поле разрушает состояние, в котором ток течёт без сопротивления. Но в тонких слоях углерода всё иначе. Команда физиков взяла шестислойный графен — шесть атомных плоскостей, сложенных ромбоэдрически, — и обнаружила, что магнитное поле способно не гасить, а включать сверхпроводимость.
При нулевом поле в этом материале уже есть необычная сверхпроводимость — хиральная. Её электронные пары закручены в одну сторону, как винтовая лестница, и поэтому сопротивление меняется в зависимости от направления тока. Но когда исследователи приложили поле около 0.8 тесла — примерно как в аппарате МРТ, — появился второй сверхпроводящий режим. Он держится до 1.6 тесла и управляется тремя ручками: самим полем, плотностью электронов и электрическим смещением между слоями.
Измерения показали, что этот включённый полем сверхпроводник рождается из особого магнитного состояния — четверть-металла, который намагничен противоположно исходному. Так в одном кусочке графена удалось получить квартет сверхпроводящих фаз: четыре разных комбинации спина и долины (квантового индекса, напоминающего сорт электронов). Каждую можно выбирать, меняя внешние параметры. Авторы связывают это с конкуренцией двух эффектов: спин-долинного расщепления (похожего на механизм в топологических изоляторах) и взаимодействия магнитных моментов с полем.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2607.06520
Chiral superconductors break orbital time-reversal symmetry and may host topological quasiparticles with non-Abelian statistics. In rhombohedral graphene, superconductivity develops from a spin-valley-polarized quarter-metal (QM) parent state and features unique magnetic hysteresis of resistance that indicates orbital time-reversal-symmetry-breaking. Exploring and controlling the full spin-valley flavors of such superconductivity could enable novel superconducting and topological devices, but have remained unexplored. Here we report transport measurements on rhombohedral hexalayer graphene (R6G), which reveal a new superconducting state (SCH) that is induced by an out-of-plane magnetic field, in addition to chiral superconductivity (CSC) similar to those observed in thinner layers. This SCH state emerges above 0.8 T, persists up to 1.6 T and can be switched on/off by magnetic field $$H_\perp$$, carrier density $$n$$, and gate displacement field $$D$$. Quantum oscillations and anomalous Hall measurements show that SCH stems from a field-induced quarter-metal (QM$$'$$) parent phase, which carries orbital magnetization opposite to that of the zero-field QM. Across the full $$(n, D, H_\perp)$$ parameter space, superconductivity can be realized from all four spin-valley isospin flavors, establishing a switchable chiral-superconductor quartet in R6G. We interpret the parent-state switching as arising from competition between a Kane-Mele-like spin-valley splitting and magnetic-field coupling to spin-valley-dependent magnetic moments. Our work establishes rhombohedral graphene as a multi-knob platform for different isospin-polarized superconductivities, which enables programmable superconducting networks with possible Majorana modes along domain walls.
Шестислойный графен тоньше мыльного пузыря примерно в сто тысяч раз, но в нём уживаются сразу четыре сверхпроводящих характера.
Программируемые сверхпроводящие сети с майорановскими модами напоминают квантовые компьютеры из «Расколотой бесконечности» Пирса Энтони, где состояния переключаются силовыми полями.