Учёные обнаружили скрытую двухзонную структуру сверхпроводимости в NbSe₂ и TaS₂

Физики из Института физики Раках и Центра нанонауки и нанотехнологий Еврейского университета в Иерусалиме установили, что в ультратонких образцах ниобия диселенида (NbSe₂) и тантала дисульфида (TaS₂) реализуются два сильно связанных сверхпроводящих состояния, которые экспериментально проявляются как единая энергетическая щель. Работа выполнена под руководством профессоров Оде́да Милло и Хадара Штейнберга; основные исследования провели аспирант Шаар Саймон и магистрант Мая Кланг.

Скрытая двойственность в ультратонких системах

Ранее считалось, что в двухатомных слоях NbSe₂ наблюдается классическая однощелевая сверхпроводимость — характерная черта, отражающая механизм куперовского спаривания электронов и отсутствие электрического сопротивления. Однако высокочувствительная туннельная спектроскопия показала, что поведение материала не описывается моделью с одним порядковым параметром. Вместо этого в материале присутствуют два различных сверхпроводящих порядка, взаимодействующих настолько сильно, что их совместный сигнал воспринимается как единая энергетическая щель.

Тот же эффект зафиксирован в близком по структуре сверхпроводнике TaS₂. Авторы сравнивают это явление с ситуацией, когда «кажущийся одиночным голосом певец на самом деле представляет собой идеально синхронизированный дуэт».

Новая модель объясняет ранее несоответствующие данные

Традиционные теоретические подходы не могли воспроизвести точную форму энергетического спектра сверхпроводимости в этих материалах. Учёные применили расширенную модель, включающую два отдельных, но сильно взаимодействующих сверхпроводящих порядка. Эта модель корректно описала как результаты туннельной спектроскопии, так и изменения в поведении материалов под действием внешнего магнитного поля. Согласованность модели с экспериментом позволила объяснить, почему предыдущие измерения давали впечатление простоты, несмотря на сложную природу лежащей в основе сверхпроводимости.

Трёхзонная структура в объёмных образцах

Полученные данные указывают на то, что в более толстых, объёмных образцах NbSe₂ может реализовываться уже три взаимодействующих сверхпроводящих порядка вместо двух. Это говорит о том, что степень сложности сверхпроводящего состояния возрастает при увеличении числа атомных слоёв.

Публикация результатов состоялась 29 июня 2026 года в журнале Physical Review Letters. Статья носит название «Двухзонная сверхпроводимость в малослойных NbSe₂ и TaS₂». DOI: 10.1103/p836-tdgw.