Mewn deunyddiau uwch-ddargludo, bydd cerrynt trydan yn llifo heb unrhyw wrthwynebiad.Mae cryn dipyn o gymwysiadau ymarferol o'r ffenomen hon;fodd bynnag, mae llawer o gwestiynau sylfaenol heb eu hateb eto.Astudiodd yr Athro Cyswllt Justin Ye, pennaeth y grŵp Ffiseg Dyfeisiau o Ddeunyddiau Cymhleth ym Mhrifysgol Groningen, uwchddargludedd mewn haen ddwbl o ddad-sulffid molybdenwm a darganfod cyflyrau uwch-ddargludol newydd.Cyhoeddwyd y canlyniadau yn y cyfnodolyn Nature Nanotechnology ar 4 Tachwedd.

Mae uwchddargludedd wedi'i ddangos mewn crisialau monohaenog o, er enghraifft, desylffid molybdenwm neu disulfide twngsten sydd â thrwch o dri atom yn unig.“Yn y ddau monolayer, mae yna fath arbennig o uwch-ddargludedd lle mae maes magnetig mewnol yn amddiffyn y cyflwr uwchddargludo rhag meysydd magnetig allanol,” eglura Ye.Mae superconductivity arferol yn diflannu pan fydd maes magnetig allanol mawr yn cael ei gymhwyso, ond mae'r uwch-ddargludedd Ising hwn wedi'i warchod yn gryf.Hyd yn oed yn y maes magnetig statig cryfaf yn Ewrop, sydd â chryfder o 37 Tesla, nid yw'r uwch-ddargludedd mewn disulfide twngsten yn dangos unrhyw newid.Fodd bynnag, er ei bod yn wych cael amddiffyniad mor gryf, yr her nesaf yw dod o hyd i ffordd i reoli'r effaith amddiffynnol hon, trwy gymhwyso maes trydan.

Cyflyrau uwch-ddargludo newydd

Astudiodd Ye a’i gydweithwyr haen ddwbl o ddad-sulffid molybdenwm: “Yn y cyfluniad hwnnw, mae’r rhyngweithio rhwng y ddwy haen yn creu cyflyrau uwch-ddargludol newydd.”Creodd Ye haen ddwbl crog, gyda hylif ïonig ar y ddwy ochr y gellir ei ddefnyddio i greu maes trydan ar draws yr haen ddeuol.“Yn y monolayer unigol, bydd maes o'r fath yn anghymesur, gydag ïonau positif ar un ochr a gwefrau negyddol yn cael eu hysgogi ar yr ochr arall.Fodd bynnag, yn yr haen ddeuol, gallwn gael yr un faint o wefr a achosir yn y ddau haen mono, gan greu system gymesur,” eglura Ye.Gellid defnyddio'r maes trydan a grëwyd felly i droi uwchddargludedd ymlaen ac i ffwrdd.Mae hyn yn golygu bod transistor uwch-ddargludol wedi'i greu y gellid ei gatio drwy'r hylif ïonig.

Yn yr haen ddwbl, mae amddiffyniad Ising yn erbyn meysydd magnetig allanol yn diflannu.“Mae hyn yn digwydd oherwydd newidiadau yn y rhyngweithio rhwng y ddwy haen.”Fodd bynnag, gall y maes trydan adfer amddiffyniad.“Mae lefel yr amddiffyniad yn dod yn swyddogaeth o ba mor gryf rydych chi'n giât y ddyfais.”

Parau cowper

Ar wahân i greu transistor uwch-ddargludol, gwnaeth Ye a'i gydweithwyr sylw diddorol arall.Ym 1964, rhagwelwyd y byddai gwladwriaeth uwchddargludo arbennig yn bodoli, a elwir yn dalaith FFLO (a enwyd ar ôl y gwyddonwyr a'i rhagfynegodd: Fulde, Ferrell, Larkin ac Ovchinnikov).Mewn uwch-ddargludedd, mae electronau'n teithio mewn parau i gyfeiriadau dirgroes.Gan eu bod yn teithio ar yr un cyflymder, mae gan y parau Cooper hyn gyfanswm momentwm cinetig o sero.Ond yn y cyflwr FFLO, mae gwahaniaeth cyflymder bach ac felly nid yw'r momentwm cinetig yn sero.Hyd yn hyn, nid yw'r cyflwr hwn erioed wedi'i astudio'n iawn mewn arbrofion.

“Rydyn ni wedi cwrdd â bron pob un o'r rhagofynion i baratoi cyflwr FFLO yn ein dyfais,” meddai Ye.“Ond mae’r cyflwr yn fregus iawn ac yn cael ei effeithio’n sylweddol gan halogiadau ar wyneb ein deunydd.Bydd angen i ni, felly, ailadrodd yr arbrofion gyda samplau glanach.”

Gyda'r haen ddeuol crog o ddad-sulffid molybdenwm, mae gan Ye a'i gydweithwyr yr holl gynhwysion sydd eu hangen i astudio rhai cyflyrau dargludo arbennig.“Mae hon yn wyddoniaeth wirioneddol sylfaenol a allai ddod â newidiadau cysyniadol inni.”