Странный ток в графене: когда слабее — значит сильнее ✎ экспресс

Водопроводная труба: чем она шире, тем больше воды проходит. В сверхпроводящих контактах — джозефсоновских переходах (мостиках, по которым ток течёт без сопротивления) — обычно так же: чем лучше материал проводит в обычном состоянии, тем больший сверхпроводящий ток через него течёт. Но недавний эксперимент с переходами из скрученного двухслойного графена (два листа графена, повёрнутых друг относительно друга на магический угол) показал обратное: ток рос, а проводимость падала. Это всё равно что открыть кран посильнее, а напор уменьшился.

Разгадка кроется в необычной геометрии электронных состояний. В плоских энергетических зонах скрученного графена электроны движутся очень медленно, и обычный джозефсоновский ток почти исчезает. Но возникает другой механизм — квантово-метрический ток. Его величина зависит не от скорости электронов, а от «расстояния» между их состояниями в особом пространстве — так называемой квантовой метрики. Если это расстояние сравнимо с длиной перехода, ток может течь даже тогда, когда обычная проводимость мала.

Авторы работы построили простую модель на основе решётки Либа, а затем реалистичную шестизонную модель скрученного графена. В обоих случаях расчёты показали, что при определённых параметрах критический ток действительно растёт, а проводимость падает — в точности как в эксперименте. Это первое прямое указание на то, что квантово-метрический ток, которым раньше пренебрегали, может доминировать в системах с плоскими зонами.

Такая аномалия — не просто курьёз. Она открывает путь к управлению сверхпроводящими свойствами через геометрию, а не только через состав материала. Возможно, в будущем это позволит создавать сверхчувствительные датчики или элементы квантовых компьютеров, где ток включается и выключается поворотом слоёв, а не изменением температуры или магнитного поля.