Unikátní vlastnosti dvojvrstvého telluridu molybdeničitého by mohlo jít využít v kvantových počítačích.
2D materiál může být feroelektrický i supravodivý, respektive mezi oběma stavy lze přepínat. Až dosud se obě tyto vlastnosti pokládaly za protikladné. Daniel Rhodes z University of Wisconsin, Apoorv Jindal z Columbia University a jejich kolegové uvádějí, že na počátku byl objev samotné supravodivosti ve 2D vrstvách telluridu molybdeničitého MoTe2. Další výzkum ukázal, že nejlépe laditelná je supravodivost v systému svou mírně posunutých vrstev, kde atomy neleží přímo nad sebou. Takové rozmístění pak často v materiálu vytváří i vnitřní elektrické pole (tj. feroelektricita). Nicméně dlouho byly veškeré známé feroelektrické materiály elektricky nevodivé. V roce 2018 bylo nicméně zjištěno, že feroelektrický může být i tellurid wolframičitý WTe2, materiál svou strukturou podobný MoTe2.
Nový výzkum pak ukázal, že jediný materiál může být feroelektrický i supravodivý. Přepínačem mezi oběma stavy může přitom být teplota, vlastnosti materiálu lze dále ladit dopováním nebo pomocí vnějších magnetických polích. Celý výzkum byl poměrně komplikovaný, protože MoTe2 je extrémně citlivý na kyslík i vodu, příprava materiálu i testování jeho vlastností proto vyžadovalo vyvinout speciální postupy. Analýza vede k závěru, že supravodivost ve dvouvrstvém telluridu molybdeničitého je nekonvenčního typu a namísto klasických Cooperových párů vyžaduje současnou přítomnost dvou typů nosičů náboje (cca odpovídajícím běžným elektronům a dírám).
Autoři studie zmiňují jako možné aplikace především kvantovou informatiku. Jeden z přístupů k budování kvantových počítačů je založen na kombinaci supravodivých materiálů s izolační bariérou mezi nimi, čímž se vytvářejí tzv. Josephsonovy přechody. Možnost použít jediný materiál, jako je MoTe2, namísto dvou různých, by mohla vylepšit vlastnosti rozhraní (vyšší účinnost oproti kontaktu různých materiálů). Rychlost, s jakou lze přepínat mezi supravodivostí a feroeletricitou, může najít uplatnění také v kvantových logických prvcích.
Apoorv Jindal et al, Coupled ferroelectricity and superconductivity in bilayer Td-MoTe2, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05521-3
Zdroj: Columbia University Quantum Initiative / Phys.org