Международной исследовательской группе удалось открыть самый маленький сверхпроводник в мире – набор всего из четырех пар молекул общей длиной в считанные нанометры. Это первая работа, показывающая возможность создания молекулярных сверхпроводящих нанопроволок – такие объекты могут лечь в основу электроники и энергетики будущего.
«Раньше ученые считали, что практически невозможно создавать наноскопические электрические схемы из металлических проводников – потому что сопротивление нарастает по мере того, как уменьшается размер проводника. Нанопроволоки разогревались до такой степени, что плавились и разрушались. Это явление – джоулев нагрев – было серьезнейшим препятствием для создания наноскопических устройств», пишет Са Вай Хла (Saw-Wai Hla), доцент физики и астрономии в Институте наноскопических и квантовых явлений (Nanoscale and Quantum Phenomena Institute) Университета Огайо (Ohio University). Хла является ведущим автором посвященной открытию статьи в онлайн-версии журнала Nature Nanotechnology.
Сверхпроводимость – падение при определенных условиях электрического сопротивления некоторых материалов до нуля – была открыта еще в 1911 году, но до недавних пор считалась исключительно макроскопическим явлением. Данная работа, однако, показывает, что могут существовать и сверхпроводники молекулярных размеров, что открывает совершенно новое поле для исследований этой области. Существует огромное поле для применения подобных явлений – от суперкомпьютеров до устройств для томографии мозга.
Ученые занимались изучением синтезированных молекулы органической соли (BETS)2-GaCl4, размещенных на поверхности серебра. Для наблюдений применялись методы сканирующией туннельной спектроскопии. Явление сверхпроводимости ослабевало с уменьшением размеров молекулярных цепочек – начиная с длины в 50 нанометров и меньше. Тем не менее, его все-таки удалось наблюдать на одной из самых коротких цепочек, всего из четырех молекул – 3,5 нм длиной и 0,87 нм в ширину.
Для достижения сверхпроводимости ученым пришлось охладить молекулы до температуры в 10 градусов Кельвина; при более высоких температурах сверхпроводимость исчезала. Тем не менее, Хла и его коллеги надеются, что в дальнейших исследованиях удастся подобрать материалы, обеспечивающие более высокотемпературную сверхпроводимость.
Важен сам факт того, что сверхпроводимость наблюдается уже в системах молекулярного порядка – подобные работы могут очень пригодиться при создании наноустройств в будущем.
Дополнительная новаторская ценность работы – в самой схеме выращивания сверхпроводящих органических солей на подложке. По словам Хла, такая технология будет очень полезна для любых научных и коммерческих учреждений, занятых производством электронных наносхем с использованием органических молекул.
Кроме Хла, соавторами статьи являются Кэндал Кларк (Kendal Klark) и Саджида Хан (Sajida Khan) из группы Хла в Университете Огайо; Абдул Хассанейн (A. Hassanein) и Хисаси Танака из Института нанотехнологических исследований (Nanotechnology Research Institute, NRI) при Национальном институте передовых промышленных науки и технологий (AIST), Япония; К.Ф. Браун из Физико-технического федерального бюро (Physikalisch-Technische Bundesanstalt), Германия.
Источник: strf
|
