Forskare har upptäckt en oväntad supraledande övergång i extremt tunna filmer av niobdiselenid (NbSe2). I en artikel i Nature Communications konstaterar de att när dessa filmer blir tunnare än sex atomlager sprids inte längre supraledning jämnt genom materialet, utan begränsas istället till dess yta.
Denna upptäckt utmanar tidigare antaganden och kan få viktiga konsekvenser för förståelsen av supraledning och utvecklingen av avancerad kvantteknik.
Forskare vid Hebrew University of Jerusalem har gjort en överraskande upptäckt om hur supraledning beter sig i extremt tunna material. Supraledare är material som låter elektrisk ström flyta utan motstånd, vilket gör dem oerhört värdefulla för tekniken. Vanligtvis förändras supraledarnas egenskaper på ett förutsägbart sätt när materialen blir tunnare, men i den här studien upptäcktes något oväntat.
Teamet, som leddes av doktoranden Nofar Fridman, under ledning av professor Yonathan Anahory från Racah Institute of Physics och Nano Center vid Hebrew University, tittade närmare på tunna filmer gjorda av niobdiselenid (NbSe2), en speciell typ av skiktat supraledande material, som kan sättas samman till strukturer där tjockleken kontrolleras exakt ner till gränsen för några få lager.
Med hjälp av avancerad magnetisk avbildningsteknik mätte forskarna hur dessa material reagerar på magnetfält när deras tjocklek minskar.
Vanligtvis förväntar sig forskare att förmågan hos ett supraledande material att avleda magnetfält blir starkare när materialet blir tjockare. Här mäts denna längd av en fysisk egenskap som kallas Pearl-längden. Den här studien bekräftade den regeln för prover som är tjockare än tio atomlager.
Men när filmerna blev extremt tunna – bara tre till sex lager (2-4 nm) – observerade forskarna något oväntat: Pearl-längden ökade kraftigt och blev tjockleksoberoende, vilket bröt det förväntade mönstret.
”Våra resultat avslöjar något helt oväntat som skulle kunna bli allmänt förekommande i supraledande material”, förklarar Nofar Fridman, doktorand som ledde studien.
”I mycket tunna prover beter sig supraledning på ett annat sätt än vad vi har känt till. Det verkar som att under en viss tjocklek leder supraledare ström mestadels på sina övre och nedre ytor, snarare än genom hela volymen. Detta resultat öppnar upp för nya spännande frågor om supraledning i ultratunna material.”
Teamets handledare, professor Yonathan Anahory, betonade vikten av deras metod och sa: ”Vår högupplösta magnetiska avbildning gjorde det möjligt för oss att se detaljer som tidigare metoder inte kunde upptäcka.
”Genom att hitta denna unika supraledning på ytan har vi utökat vår förståelse för hur supraledande material beter sig i extremt små skalor. Detta kan få betydande konsekvenser för framtida forskning och teknik.”
Upptäckten kastar nytt ljus över supraledning i mycket tunna filmer och utmanar tidigare teorier. Den visar också hur specialiserade mättekniker kan avslöja överraskande nya fysikaliska fenomen, vilket potentiellt kan öppna vägar för innovativa tillämpningar inom kvantteknik.
För mer information: Anomalous Thickness Dependence of the Vortex Pearl Length in Few-Layer NbSe₂, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-57817-3
