Исследователи из Института молекулярных наук и SOKENDAI изучили органический сверхпроводник с хиральной структурой κ-(BEDT-TTF)₂Cu(NCS)₂. В ходе эксперимента они обнаружили необычно сильный неравновесный электротранспорт и эффект сверхпроводникового диода, которые значительно превышают теоретические значения, предсказанные для обычного спин-орбитального взаимодействия.
Выяснилось, что хиральность молекул заметно усиливает связь между спином и током, несмотря на то, что в таких органических материалах спин-орбитальное взаимодействие само по себе обычно очень слабое. Это наблюдение позволяет предполагать, что именно хиральная структура вызывает смешение куперовских пар с триплетным спином.
Особенность органических сверхпроводников заключается в том, что они состоят преимущественно из легких элементов, таких как углерод и водород. Несмотря на это, эффект неравновесного транспорта проявился здесь значительно ярче, чем в изученных ранее полярных неорганических сверхпроводниках, которые обычно демонстрируют такой эффект только за счет тяжелых элементов.
Ученые провели теоретический анализ и пришли к выводу, что для объяснения полученных результатов требуется учитывать резко увеличившееся эффективное спин-орбитальное взаимодействие, а также появление триплетных пар в сверхпроводящем состоянии. Эксперименты также подтвердили рекордно высокий показатель эффективности эффекта сверхпроводникового диода — до 5%, что ранее достигалось только в неорганических полярных сверхпроводниках.
Выявленный эффект показывает, что в сверхпроводниках с хиральной структурой связь между током и спином становится настолько сильной, что может выполнять роль эффективного спин-орбитального взаимодействия и вызывать гигантский неравновесный транспорт электричества и сверхпроводящего критического тока.
Такие результаты открывают новые возможности для изучения спин-куррентных взаимодействий в сверхпроводниках, что ранее было трудно реализовать количественно из-за недостатка подходящих методов и моделей. Это открытие может сыграть важную роль для будущих разработок новых сверхпроводящих устройств и функциональных материалов с особыми свойствами.
Полученные сведения позволяют предполагать, что исследование хиральности и электронных свойств в твердых телах расширится на большее количество различных материалов. Это даст старт созданию оригинальных сверхпроводящих приборов и новых материалов для промышленности, сообщает Science Daily.