Группа ученых из разных научных организаций, куда вошли исследователи из Японии, Израиля и США, впервые смогла показать эффект перемещения созданного потока электронов исключительно в одном направлении, когда это движение было инициировано внутри сверхпроводящем материала. Это физическое явление, которое назвают хиральной сверхпроводимости, отличается от известной нам классической сверхпроводимости, при которой электрические токи могут одинаково хорошо течь по проводнику в обоих направлениях. Явление хиральной сверхпроводимости объединяет в себе два понятия, которые не пересекались ранее между собой в пределах одного материала. Первым является понятие хиральности, которое заключается в существовании двух материалов, являющихся зеркальным отражением друг друга, как правая и левая рука человека.
И второе понятие – это сверхпроводимость, состояние материи, возникающее при сверхнизких температурах, при котором она может пропускать через себя электрический ток без сопротивления и без потерь соответственно.
Экспериментальное создание явления хиральной сверхпроводимости ранее было невозможным из-за ряда противоречивых требований к используемым материалам. Первые исследования в этом направлении проводились при помощи углеродных нанотрубок, которые обладают свойствами и хиральности, и сверхпроводимости при определенных условиях. Ученым удалось добиться электронной сверхпроводимости углеродных нанотрубок, но сделано это было по отношению не к отдельным нанотрубкам, а по отношению к материалу, состоящему из множества нанотрубок.
Данное достижение стало возможным благодаря применению нового материала, дисульфида вольфрама, который относится к классу переходных дихалькогенидов. Этот материал и многие другие из этого класса рассматриваются сейчас в качестве кандидатов на их применение в электронике, фотонике, спинтронике и в других областях. Нанотрубки, изготовленные из дисульфида вольфрама, являются сверхпроводниками при низких температурах, и они также имеют хиральную структуру. Более того, ученым известны некоторые методы, позволяющие управлять током, текущим через нанотрубку их дисульфида вольфрама, находящуюся в сверхпроводящем состоянии.
Когда исследователи охладили созданное ими устройство до температуры в 5.8 градусов Кельвина и начали пропускать через него переменный электрический ток, они установили, что сопротивление нанотрубки снизилось наполовину от его нормального значения в сверхпроводящем состоянии. После этого они применили магнитное поле, которое было направлено параллельно нанотрубке, и увидели ассиметричные сигналы, ток которых тек только в одном направлении. Подобные сигналы появляются иногда и в обычных сверхпроводящих материалах, но их величина столь мала, что ее можно не принимать в расчет. Исследователи считают, что причиной существенного усиления “однонаправленных” сигналов является именно хиральная структура нанотрубок из дисульфида вольфрама.
Хиральность материалов, как известно, затрагивает их оптические, магнитные и электрические свойства, что в некоторых случаях вызывает появление достаточно странных, нетривиальных, но уже немного изученных явлений, таких, как магнитные скирмионы в хиральных магнитных материалах. С другой стороны, ученые подозревали о возможности существования хиральной сверхпроводимости, но до последнего времени никому не удавалось засвидетельствовать это явление экспериментальным путем.
Пока еще сложно сказать, к каким результатам может привести данное открытие. Ведь эта область физики в настоящее время малоизученна и для того, чтобы поиметь из этого всего какую-нибудь практическую пользу, могут потребоваться годы и десятилетия времени.
