MIT का बड़ा खुलासा: ग्रैफीन में मिले कई सुपरकंडक्टिंग अवस्थाएं, चुंबकीय क्षेत्र में भी नहीं टूटता प्रतिरोध

चुंबकीय क्षेत्र में व्यवहार: सामान्य भौतिकी के विपरीत

सामान्य (s-वेव) सुपरकंडक्टिविटी चुंबकीय क्षेत्र से नष्ट हो जाती है — चाहे वह समतल से बाहर (आर्बिटल डिपेयरिंग) हो या समतल के अंदर (पॉली पैरामैग्नेटिक डिपेयरिंग)। MIT की खोजें इस नियम को बार-बार तोड़ती हैं:

• समतल से बाहर चुंबकीय क्षेत्र द्वारा स्थिरीकरण: रोम्बोहेड्रल हेक्सालेयर ग्रैफीन में, एक सुपरकंडक्टिंग चरण चुंबकीय क्षेत्र से नष्ट नहीं होता, बल्कि स्थिर होता है। यह सुपरकंडक्टिंग अवस्था क्वांटम हॉल अवस्थाओं के साथ सह-अस्तित्व में रहती है और प्रतिस्पर्धा करती है — दो ऐसी घटनाएं जिन्हें पारंपरिक रूप से परस्पर अनन्य माना जाता था ।
• समतल के अंदर क्षेत्र के प्रति लचीलापन: टेट्रा-, पेंटा- और हेप्टालेयर ग्रैफीन में कई सुपरकंडक्टिंग अवस्थाएं पारंपरिक पॉली लिमिट से कहीं आगे तक बनी रहती हैं, जिनमें क्रिटिकल इन-प्लेन फील्ड 8.5 टेस्ला से अधिक होता है ।
• क्षेत्र-प्रेरित सुपरकंडक्टिविटी: कुछ स्थितियों में, समतल के अंदर चुंबकीय क्षेत्र लगाने से एक इंसुलेटर-सुपरकंडक्टर संक्रमण होता है — जो सामान्य व्यवहार के बिल्कुल विपरीत है ।
• स्ट्राइप-ऑर्डर्ड सुपरकंडक्टर: हेक्सालेयर ग्रैफीन में, सुपरकंडक्टिंग अवस्था स्ट्राइप चार्ज ऑर्डर के साथ सह-अस्तित्व में रहती है और समय-उत्क्रमण सममिति को तोड़ती है ।

प्रस्तावित तंत्र

MIT टीम का प्रस्ताव है कि ये असामान्य गुण पारंपरिक स्पिन-सिंगलेट पेयरिंग के बजाय स्पिन-ट्रिपलेट पेयरिंग से उत्पन्न होते हैं । मुख्य सैद्धांतिक तत्व इस प्रकार हैं:

• इन प्रणालियों में सामान्य अवस्था आइसोस्पिन-पोलराइज्ड (स्पिन और/या वैली पोलराइज्ड) होती है, जो सुपरकंडक्टिविटी शुरू होने से पहले ही समय-उत्क्रमण सममिति को तोड़ देती है ।
• सुपरकंडक्टिविटी एक क्वार्टर-मेटल मूल अवस्था से उभरती है — जिसमें एक एकल स्पिन, एकल वैली, एकल बैंड और एकल फर्मी पॉकेट होता है ।
• चुंबकीय क्षेत्रों के प्रति देखा गया लचीलापन स्पिन-ट्रिपलेट या चिरल सुपरकंडक्टिंग ऑर्डर पैरामीटर की एक पहचान है, जहां इलेक्ट्रॉन जोड़े विपरीत होने के बजाय संरेखित होते हैं ।
• हेक्सालेयर प्रणाली में, प्रस्तावित अवस्था एक "स्ट्राइप्ड" सुपरकंडक्टर है जो एक साथ घूर्णी, स्थानांतरीय और समय-उत्क्रमण सममितियों को तोड़ता है, जो एक जटिल, बहु-घटक ऑर्डर पैरामीटर की ओर इशारा करता है ।

व्यापक निहितार्थ

ये निष्कर्ष अपरंपरागत सुपरकंडक्टिविटी के अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण हैं:

• एक ट्यूनेबल प्लेटफॉर्म: रोम्बोहेड्रल मल्टीलेयर ग्रैफीन विभिन्न परत संख्याओं में अपरंपरागत सुपरकंडक्टिविटी के व्यवस्थित अध्ययन के लिए एक स्वच्छ, मोइरे-मुक्त, गेट-ट्यूनेबल प्लेटफॉर्म प्रदान करता है ।
• चिरल सुपरकंडक्टिविटी: एक एकल सामग्री में सुपरकंडक्टिविटी और आंतरिक चुंबकत्व का सह-अस्तित्व चिरल सुपरकंडक्टर्स के अस्तित्व की पुष्टि करता है — एक लंबे समय से सिद्धांतित लेकिन शायद ही कभी देखी गई अवस्था ।
• स्पिन-ट्रिपलेट पेयरिंग: चुंबकीय क्षेत्र के प्रति लचीलापन एक ठोस-अवस्था प्रणाली में स्पिन-ट्रिपलेट सुपरकंडक्टिविटी के लिए अब तक के सबसे मजबूत सबूतों में से कुछ प्रदान करता है ।
• टोपोलॉजिकल सुपरकंडक्टिविटी: कई सैद्धांतिक कार्य भविष्यवाणी करते हैं कि ये अवस्थाएं मेजराना फर्मियन और सहज भंवर-प्रतिभंवर जालकों की मेजबानी कर सकती हैं, जो टोपोलॉजिकल क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए प्रासंगिक हैं ।
• मोइरे प्रणालियों से परे: ये खोजें दिखाती हैं कि अपरंपरागत सुपरकंडक्टिविटी के लिए मैजिक-एंगल मोइरे सुपरलैटिस की आवश्यकता नहीं है — यह स्वयं रोम्बोहेड्रल ग्रैफीन की आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक संरचना से उत्पन्न हो सकती है, जो नए सुपरकंडक्टर्स के लिए खोज स्थान का बहुत विस्तार करती है ।