Magnetismus a supravodivost se vylučují, nebo jsme si to dosud mysleli. Nový objev fyziků z MITu však tento tradiční předpoklad zpochybňuje. Uvádějí, že objevili „chirální supravodič“ – materiál, který vede elektrický proud bez odporu a zároveň je paradoxně magnetický ze své podstaty. Navíc tuto exotickou supravodivost vědci pozorovali v překvapivě obyčejném materiálu: grafitu.
Vločka grafitu může obsahovat několik milionů vrstev grafenu, které jsou obvykle poskládány tak, že každá další vrstva je zarovnaná. Často se však v grafitu vyskytují drobné kapsy, kde je grafen poskládán jinak a připomíná schody z posunutých vrstev. Tým MIT zjistil, že když jsou čtyři nebo pět listů grafenu poskládány v takto „kosočtverečné“ konfiguraci, může výsledná struktura vykazovat výjimečné elektrické vlastnosti, které se u grafitu jako celku neprojevují.
Ve své nové studii fyzikové izolovali z grafitu mikroskopické vločky kosočtverečného grafenu a podrobili je řadě testů. Zjistili, že po ochlazení vloček na 300 milikelvinů se materiál změní na supravodič. Dále se ukázalo, že když se vnějším magnetickým polem pohybuje nahoru a dolů, mohou se vločky přepínat mezi dvěma různými supravodivými stavy. To naznačuje, že supravodič má určitý vnitřní, inherentní magnetismus. U jiných supravodičů takové přepínání není známo.
V případě běžných supravodičů vnější magnetické pole supravodivost vypne, nebo supravodič dokáže pole ze svého objemu „vytlačit“; zde naopak je tedy supravodič nějak magnetický i sám o sobě.
Autoři této studie pozorovali překvapivé vlastnosti pětivrstvé, schodovité struktury grafenu; nejnověji to, že umožňuje elektronům štěpit se na kvazičástice a „zlomkové náboje“. K tomuto jevu dochází, když je pětivrstvá struktura umístěna na list hexagonálního nitridu boru (materiál podobný grafenu) a mírně posunuta o určitý úhel.
Vědci původně struktury grafenu a hexagonálního nitridu boru vůči sobě omylem špatně nastavili. Ke svému překvapení zjistili, že když pak strukturou protékal elektrický proud, při teplotách nižších než 300 milikelvinů naměřili nulový odpor. Zdálo se, že fenomén frakcionalizace elektronu zmizel a místo toho se objevila supravodivost. Poté zjišťovali, jak bude nový supravodivý stav reagovat na vnější magnetické pole.
Každopádně – zatím jde o jediný případ tohoto chování, jako možné využití se uvádějí kvantové výpočty. „Je rozhodně pozoruhodné, že z tak jednoduchých složek vzniká tak exotický chirální supravodič,“ uzavírá MIT News.
Tonghang Han et al, Signatures of chiral superconductivity in rhombohedral graphene, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09169-7. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2408.15233
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology / MITNews, přeloženo / zkráceno
