До сих пор два величайших достижения прошлого века – теория относительности и сверхпроводимость – имели мало точек соприкосновения. Исследователи из TU Delft's Kavli Institute for Nanoscience и FOM Foundation впервые наблюдали сверхпроводимость, осуществляемую безмассовыми релятивистскими электронами. Для изучения явления было использовано устройство, представляющее собой биполярный транзистор из листа графена и сверхпроводящих электродов. Работа «Bipolar supercurrent in graphene» была опубликована в Nature.
Графен, одинарный слой графита, был впервые получен в 2004 году, и с тех пор интерес к нему возрастает с каждым днем, благодаря его особым электрическим свойствам. В частности, электроны в графене ведут себя так, будто не имеют массы. А это значит, что объяснение свойств графена невозможно без использования теории относительности. Например, электроны в графене, подобно свету, движутся с постоянной скоростью.
Ученые присоединили лист графена к двум сверхпроводникам. Сверхпроводимость в цепи не нарушилась, и через графен потек сверхток. Такое явление называется эффектом Джозефсона и наблюдается для многих несверхпроводящих материалов. Особенностью в данном случае является то, что сверхток в графене обусловлен движением безмассовых электронов. Таким образом, впервые был зафиксирован релятивистский эффект Джозефсона.
Также было показано, что подобное устройство может работать в роли сверхпроводящего транзистора, в котором сила тока сверхпроводимости может регулироваться напряжением. Кроме того, оказалось, что можно менять тип носителей заряда. Это могут быть как электроны, так и дырки.
Открытое явление в очередной раз подтвердило важность графена как для фундаментальных исследований, так и для развития электроники будущего.