Araştırmacılar, ABC istifleme yapısına sahip çok katmanlı bir grafen türü olan rombohedral grafende iki benzersiz süperiletken durum tespit ettiler. Tek katmanlı grafenden farklı olarak, bu yapı düz bantlar oluşturarak elektron etkileşimlerini güçlendirir ve yeni elektronik fenomenlerin ortaya çıkmasına neden olur. Long Ju ve MIT ekibi, elektron yoğunluğunu ayarlayarak ve voltaj uygulayarak SC1, SC2 ve SC3 olarak adlandırılan yeni süperiletken bölgeler keşfettiler.
Her yeni durum, süperiletkenlerde daha önce gözlemlenmemiş bir kiralite ve manyetizma karışımı sergilemektedir. SC3, elektron çiftlerinin antiparalel spinlere (S = 0) sahip olduğu geleneksel süperiletkenlikle uyumlu görünürken, SC1 ve SC2 daha güçlü dikey ve düzlem içi manyetik alanlarda hayatta kalıyor ve bu da paralel spin eşleşmesini (S = 1) akla getiriyor. Bu manyetik özellikler, gözlemlenen histerezis ve anormal Hall etkisi ile birleştiğinde, SC1 ve SC2’de sıfır olmayan yörünge momentumu (L) olduğunu ima ediyor.
Bu özellikler, hataları azaltarak kuantum hesaplamaya fayda sağlayabilecek bir elektronik durum olan topolojik süperiletkenlik ile bir bağlantıya işaret etmektedir. Topolojik süperiletkenlerin, malzemenin kenarlarında ortaya çıkabilen benzersiz durumlar olan Majorana modlarını barındırması beklenmektedir. SC1 ve SC2, topolojik özellikleri tam olarak göstermemiş olsa da, geleneksel süperiletkenlerden farklı olmaya devam ederek, uzun süredir incelenen süperiletkenlik fenomenine yeni bir bakış açısı sunmaktadır.
Ju ve ekibi, deneylerinde elektronik özellikleri manipüle etmek ve ölçmek için elektrotlu 4 ve 5 katmanlı rombohedral grafen örnekleri kullandılar. Uygulanan elektrik alanını ve enjekte edilen elektron yoğunluğunu değiştirerek, her biri farklı koşullara karşılık gelen üç süperiletken durum (SC1, SC2 ve SC3) belirlediler.
Bu durumlarda elektron eşleşmesinin doğasını daha iyi anlamak için ekip, süperiletken durumların farklı manyetik alanlara nasıl tepki verdiğini araştırdı. SC3, nispeten küçük bir dikey manyetik alan tarafından bozulurken, bu da geleneksel (S = 0) elektron eşleşmesini gösteriyordu, SC1 ve SC2 ise çok daha güçlü alanlara direnç gösterdi. Bu direnç, düzlem içi alanlara tepki vermemesi ile birlikte, SC1 ve SC2’nin paralel spin eşleşmesini (S = 1) içerdiğini gösteriyor.
SC1 ve SC2’nin kritik bir yönü, ferromanyetizma ve anormal Hall etkisi gibi fenomenler aracılığıyla dolaylı olarak gözlemlenen sıfır olmayan yörünge açısal momentumunun (L) kanıtıdır. Bu özellikler, gelişmiş kuantum hesaplama için çok önemli olan Majorana modları gibi benzersiz, kararlı durumlarla karakterize edilen topolojik süperiletkenliğe yol açabilecek elektronlar arasındaki bir kuplajı ima etmektedir.
Sonuç olarak, SC1 ve SC2, bilinen tüm süperiletkenlerden farklı olan benzersiz manyetik ve kiral özellikleriyle öne çıkmaktadır. Topolojik süperiletkenler olarak tam olarak doğrulanmamış olsalar da, karmaşık elektronik durumların anlaşılmasında önemli bir adımdır ve gelecekteki teknolojik gelişmeler için potansiyel etkileri vardır.
Kaynaklar:
- physics.aps.org/articles/v18/143
- nature.com/articles/s41586-025-09169-7
