Искусственный интеллект по-новому взглянул на физику сверхпроводников, раскрыв неожиданный эффект хиральности

Международная группа учёных из Института молекулярной науки и Университета перспективных исследований совершила открытие, ставящее под сомнение устоявшиеся представления о сверхпроводимости. Используя методы анализа взаимодействия волн для изучения органических сверхпроводников, исследователи обнаружили аномально сильный эффект, связанный с хиральностью – свойством молекул быть несовместимыми со своим зеркальным отражением, подобно левой и правой руке. Это открытие не только углубляет понимание фундаментальных свойств материи, но и открывает новые горизонты для создания инновационных электронных устройств.

В центре внимания учёных оказался органический сверхпроводник κ-(BEDT-TTF)₂Cu(NCS)₂, известный своей хиральной структурой. Пропуская электрический ток через этот «детектор», исследователи обнаружили гигантский несимметричный эффект проводимости, который значительно превышал все теоретические ожидания для материалов с подобными свойствами. Особенно поразительным оказалось то, что этот эффект проявился в органическом материале, состоящем из лёгких элементов и, как следствие, обладающем слабым спин-орбитальным взаимодействием – фактором, традиционно считающимся ключевым для подобных явлений.

Экспериментальные данные говорят о том, что хиральность, присущая структуре материала, выступает в роли усилителя взаимодействия между спином электронов и электрическим током. Это взаимодействие оказалось настолько мощным, что привело к возникновению несимметричной проводимости, по величине сопоставимой с эффектами, наблюдаемыми в неорганических сверхпроводниках, созданных на основе тяжёлых элементов. Более того, исследования показали, что эффективность «сверхпроводникового диода» на основе этого материала достигает 5%, что является рекордным показателем для органических сверхпроводников и приближается к значениям, ранее полученным для неорганических аналогов.

Полученные результаты демонстрируют, что хиральность способна индуцировать эффективное спин-орбитальное взаимодействие, которое в свою очередь влияет на формирование куперовских пар – электронных дуэтов, ответственных за сверхпроводимость. Это означает, что в хиральных сверхпроводниках реализуется смешивание куперовских пар с различным спиновым состоянием, что ранее не принималось во внимание при описании подобных систем.

Это открытие имеет далеко идущие последствия для развития физики и химии твёрдого тела. Оно открывает перспективу создания новых сверхпроводниковых устройств с уникальными функциональными возможностями, основанных на использовании органических материалов. В будущем, понимание роли хиральности в управлении электронными свойствами материалов может привести к революционным решениям в электронике и сенсорных технологиях.

 Источник: Physical Review Research