Μια νέα ανατροπή αποκαλύπτει τα μυστικά της υπεραγωγιμότητας

Τα τελευταία τρία χρόνια, τα ηλεκτρόνια παίζουν με τους φυσικούς.

Το παιχνίδι ξεκίνησε το 2018 όταν το εργαστήριο του Pablo Jarillo-Herrero ανακοίνωσε το εύρημα της δεκαετίας:Όταν οι ερευνητές στοίβαξαν ένα επίπεδο φύλλο ατόμων άνθρακα πάνω στο άλλο, εφάρμοσαν μια «μαγική» συστροφή 1,1 μοιρών μεταξύ τους και μετά ψύξαν το ατομικές γκοφρέτες σε σχεδόν απόλυτο μηδέν, το δείγμα έγινε ένας τέλειος αγωγός ηλεκτρονίων.

Πώς συνωμοτούσαν τα σωματίδια για να γλιστρήσουν άψογα μέσα από τα φύλλα γραφενίου; Το καλειδοσκοπικό μοτίβο «μουαρέ» που δημιουργήθηκε από την λοξή γωνία φαινόταν σημαντικό, αλλά κανείς δεν ήξερε με βεβαιότητα. Για να το ανακαλύψουν, οι ερευνητές άρχισαν να στρίβουν και να στοιβάζουν κάθε υλικό που μπορούσαν να βρουν στα χέρια τους.

Στην αρχή, τα ηλεκτρόνια έπαιξαν μαζί. Πείραμα επί πειράματος διαπίστωσε ότι, σε μια σειρά επίπεδων υλικών, οι ψυχρές θερμοκρασίες έφεραν κατακόρυφη ηλεκτρική αντίσταση. Μια βαθύτερη κατανόηση των συνθηκών που είναι απαραίτητες για την ιδανική αγωγιμότητα ήταν κοντά, και μαζί της, ένα δελεαστικό βήμα προς μια επανάσταση στα ηλεκτρονικά.

«Φαινόταν ότι η υπεραγωγιμότητα ήταν παντού», είπε ο Μάθιου Γιανκόβιτς, ένας φυσικός συμπυκνωμένης ύλης στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, «ανεξάρτητα από το σύστημα που κοιτάζατε».

Αλλά τα ηλεκτρόνια αποδείχθηκαν άβολα. Καθώς οι ερευνητές επιθεώρησαν τα δείγματά τους πιο προσεκτικά, οι περιπτώσεις υπεραγωγιμότητας εξαφανίστηκαν. Σε ορισμένα υλικά, η αντίσταση στην πραγματικότητα δεν έπεφτε στο μηδέν. Σε άλλες, διαφορετικές δοκιμές προσέφεραν αντικρουόμενα αποτελέσματα. Μόνο στο αρχικό γραφένιο διπλής στιβάδας τα ηλεκτρόνια πέτυχαν τακτικά ροή χωρίς τριβές.

"Είχαμε αυτόν τον ζωολογικό κήπο από διαφορετικά συνεστραμμένα υλικά και το στριμμένο διπλοστοιβαδικό γραφένιο ήταν το μόνο που ήταν ξεκάθαρα υπεραγωγός", είπε ο Yankowitz.

Στη συνέχεια, τον περασμένο μήνα, δύο εργασίες δημοσιεύτηκαν στα περιοδικά Nature και Επιστήμη περιέγραψε έναν δεύτερο σχετικό υπεραγωγό, ένα σάντουιτς γραφενίου τριών στρωμάτων με τα φύλλα «ψωμιού» ευθυγραμμισμένα και το φύλλο πλήρωσης λοξό κατά 1,56 μοίρες. Η αναμφισβήτητη ικανότητα μεταφοράς ηλεκτρονίων του συνεστραμμένου τριστιβαδικού γραφενίου επιβεβαιώνει ότι το σύστημα δύο πλακιδίων δεν ήταν τυχαίο. «Ήταν ο πρώτος μιας οικογένειας υπεραγωγών moiré», είπε ο Jarillo-Herrero, ένας φυσικός στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης που ηγήθηκε επίσης ενός από τα νέα πειράματα, «και αυτό είναι το δεύτερο μέλος της οικογένειας. P>

Είναι σημαντικό ότι αυτό το δεύτερο αδερφάκι βοήθησε στο να φωτιστεί ένας υποκείμενος μηχανισμός που θα μπορούσε να είναι αυτός που τροφοδοτεί την υπεραγωγιμότητα αυτών των υλικών.

Τους μήνες μετά την ανακάλυψη του 2018, μια ομάδα θεωρητικών άρχισε να προβληματίζεται για τον μηχανισμό που έκανε το διπλό στρώμα γραφενίου υπεραγωγιμότητα. Υποψιάζονταν ότι ένα συγκεκριμένο γεωμετρικό χαρακτηριστικό θα μπορούσε να επιτρέψει στα ηλεκτρόνια να στροβιλιστούν σε εξωτικές δίνες που συμπεριφέρονται με έναν εντελώς πρωτότυπο τρόπο. Αυτός ο μηχανισμός, ο οποίος δεν μοιάζει με κανένα από τα (λίγα) γνωστά σχήματα που είναι υπεύθυνα για την υπεραγωγιμότητα, θα εξηγούσε την υπεραγώγιμη επιτυχία του διπλού στρώματος γραφενίου, καθώς και την αστοχία άλλων υλικών. Προέβλεψε επίσης ότι το αδερφάκι τριών στιβάδων του γραφενίου θα ήταν επίσης υπεραγωγό.

Αλλά παρέμεινε απλώς μια θεωρία - τουλάχιστον έως ότου τα εργαστήρια είχαν την ευκαιρία να το δοκιμάσουν. «Από ό,τι γνωρίζουμε τώρα, φαίνεται σαν μια συναρπαστική κατεύθυνση», δήλωσε ο Eslam Khalaf, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ που βοήθησε στην ανάπτυξη του μοντέλου. "Δεν είναι κάθε μέρα που έχουμε έναν νέο τρόπο για να αποκτήσουμε υπεραγωγιμότητα."

Τρία θαύματα

Σε έναν ακατάστατο κόσμο όπου η τριβή αφθονεί και τα σωματίδια δεν κάθονται ποτέ πραγματικά ακίνητα, ένα φαινόμενο τόσο τέλειο όσο η υπεραγωγιμότητα δεν έχει δικαίωμα ύπαρξης. Ωστόσο, καθημερινά μέταλλα όπως ο υδράργυρος τον αποσπούν τακτικά σε χαμηλές θερμοκρασίες, ανακάλυψε ο Heike Kamerlingh Onnes τυχαία στις αρχές του 20ού αιώνα.

Το μυστικό ήταν ότι σχεδόν το απόλυτο μηδέν, οι δονήσεις στο ατομικό πλέγμα ενός μετάλλου κατευθύνουν τα ελεύθερα ηλεκτρόνια σε ζεύγη. Αυτά τα ζευγάρια συνεργάζονται με τρόπους που τα μεμονωμένα ηλεκτρόνια δεν μπορούν, σχηματίζοντας ένα ενοποιημένο κβαντομηχανικό «υπερρευστό» που ρέει μέσα από ένα υλικό χωρίς σύγκρουση μόνο ηλεκτρονίου-ατόμου (που θα δημιουργούσε θερμότητα και αντίσταση). Η αρχική θεωρία της υπεραγωγιμότητας, που αναπτύχθηκε το 1957, την περιέγραψε ως έναν λεπτό ηλεκτρονικό χορό που όλα εκτός από τα πιο ιδανικά περιβάλλοντα θα διέτρεχαν. "Είναι ένα είδος θαύματος που ζευγαρώνουν καθόλου, επειδή τα ηλεκτρόνια απωθούν το ένα το άλλο πολύ δυνατά", δήλωσε ο Ashvin Vishwanath, ένας θεωρητικός φυσικός στο Χάρβαρντ.

Οι ερευνητές έπιασαν τα ηλεκτρόνια να κάνουν ένα δεύτερο θαύμα το 1986, αυτή τη φορά σε μια οικογένεια ενώσεων χαλκού γνωστών ως χαλκού. Τα υλικά ήταν κατά κάποιο τρόπο ικανά να διατηρούν υπεραγώγιμα σε δεκάδες βαθμούς πάνω από τη θερμοκρασία που κανονικά θα χώριζε τα συμβατικά ζεύγη ηλεκτρονίων. Ένας νέος μηχανισμός φαινόταν να παίζει, ένας πιθανόν να περιλαμβάνει κυρίως ηλεκτρόνια και όχι το ατομικό τους πλαίσιο.

Ωστόσο, μετά από δεκαετίες εντατικής μελέτης, οι ερευνητές εξακολουθούν να μην είναι σίγουροι πώς ακριβώς τα ηλεκτρόνια στα χαλκώματα ενορχηστρώνουν τις υπεραγώγιμες επιχειρήσεις τους. Η πρόβλεψη της συμπεριφοράς των συλλογών ηλεκτρονίων περιλαμβάνει έναν υπολογισμό ωμής δύναμης της επίδρασης κάθε σωματιδίου σε κάθε άλλο σωματίδιο - ένας υπολογισμός του οποίου η πολυπλοκότητα αυξάνεται εκθετικά με τον αριθμό των ηλεκτρονίων. Για να κατανοήσουν ακόμη και ένα μικροσκοπικό κομμάτι ενός υπεραγωγού, οι θεωρητικοί θα πρέπει να κατανοήσουν τη συμπεριφορά των σμηνών ηλεκτρονίων που αριθμούνται σε τρισεκατομμύρια. Οι τρέχουσες προσομοιώσεις μπορούν να χειριστούν περίπου δώδεκα.

Οι πειραματιστές δεν είναι σε πολύ καλύτερη θέση. Μπορούν να αναπτύξουν νέους κρυστάλλους, ανταλλάσσοντας αυτό το άτομο με αυτό και να δοκιμάσουν τις ιδιότητές τους. Αλλά τα υλικά δεν αποκαλύπτουν τι κάνουν τα ηλεκτρόνια μέσα. Και οι ερευνητές δεν ξέρουν πώς θα συμπεριφερθεί ένα υλικό μέχρι να το κατασκευάσουν πραγματικά. «Κανείς δεν θα μπορούσε να πει ότι θα φτιάξω αυτό το νέο [cuprate]», είπε ο Yankowitz, «και να προβλέψω ποια θα είναι η [θερμοκρασία όπου υπεραγωγεί]. Αυτό είναι απλώς ένα αστεία δύσκολο έργο αυτή τη στιγμή."

Τα μοναδικά χαρακτηριστικά του συνεστραμμένου γραφενίου διπλής στιβάδας το έκαναν πιο διαφανές από τα χαλκούρια. Αντί να δημιουργήσουν μια εντελώς νέα ουσία, οι πειραματιστές θα μπορούσαν να τροποποιήσουν τις ιδιότητες του γραφενίου με τίποτα περισσότερο από ένα ηλεκτρικό πεδίο, καθιστώντας το, για πολλούς ερευνητές, «παιδική χαρά» για υπεραγωγιμότητα.

«Αυτό είναι το συναρπαστικό πρόβλημα και το θαυμάσιο με το συνεστραμμένο διπλοστοιβαδικό γραφένιο», δήλωσε ο Σουμπίρ Σάτσντεφ, ένας φυσικός συμπυκνωμένης ύλης στο Χάρβαρντ. "Δίνει ένα εντελώς νέο σύνολο εργαλείων για τη διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο κινούνται τα ηλεκτρόνια."

Προσέφερε επίσης θεωρητική καθοδήγηση. Στη μαγική γωνία των 1,1 μοιρών ακριβώς, τα κυψελοειδή πλέγματα του γραφενίου συντήκονται με τέτοιο τρόπο ώστε τα κανονικά ηλεκτρόνια με φερμουάρ επιβραδύνουν να ερπυστούν — οι φυσικοί περιγράφουν το υλικό ως με «επίπεδες ζώνες». Τα υποτονικά ηλεκτρόνια περνούν περισσότερο χρόνο μαζί, δίνοντάς τους την ευκαιρία να οργανωθούν.

Αλλά η καθοδήγηση ήταν ασαφής. Τα ηλεκτρόνια σε υλικά με επίπεδες ζώνες μπορούν να κοινωνικοποιηθούν με πολλούς τρόπους, εκ των οποίων ο σχηματισμός υπεραγώγιμων ζευγαριών είναι μόνο ένας. Οι ερευνητές στοίβαξαν πολλές ατομικές γκοφρέτες σε μαγικές γωνίες που ισοπεδώνουν τις ταινίες, αλλά ο υπεραγώγιμος κεραυνός αρνήθηκε να εμφιαλωθεί.

Φαινόταν ότι τους έλειπε κάτι σημαντικό.

Στροβιλιστικά Skyrmions

Λίγο μετά την ανακάλυψη της υπεραγωγιμότητας στο συνεστραμμένο γραφένιο τον Μάρτιο του 2018, ο Βισβανάθ και οι συνεργάτες του άρχισαν να προσπαθούν να απομυθοποιήσουν τη μαγική γωνία και να καταλάβουν τι μπορεί να κρατά τα ηλεκτρόνια μαζί.

Η συγγραφή μιας θεωρίας που αποτύπωνε πλήρως την κίνηση των απείθαρχων ηλεκτρονίων στο γραφένιο διπλής στιβάδας ήταν αδύνατη, έτσι οι θεωρητικοί ξεκίνησαν φανταζόμενοι σωματίδια που είχαν κάπως καλύτερη συμπεριφορά. Αντιμετώπισαν το εξαγωνικό πλέγμα του γραφενίου ως δύο υποπλέγματα τριγώνων. Καθώς τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από άτομο σε άτομο, συνήθως μεταπηδούν σε ένα άτομο στο αντίθετο πλέγμα. Περιστασιακά, ένας επαναστάτης πηδά σε ένα άτομο στο ίδιο πλέγμα.

Ο Vishwanath και η εταιρεία επέμειναν ότι τα ηλεκτρόνια αλλάζουν πάντα πλέγματα. Αυτή η επιλογή έκανε τον διαχωρισμό του εξαγωνικού πλέγματος σε τριγωνικά πλέγματα καθαρότερο μαθηματικά. Και στο γραφένιο διπλής στιβάδας, με τα δύο στρώματά του, έφερε στην επιφάνεια ένα κατά τα άλλα σκοτεινό χαρακτηριστικό που τελικά θα γινόταν σημαντικό:Τα ηλεκτρόνια, όταν περιορίζονταν με αυτόν τον τρόπο, άρχισαν να κινούνται σαν να ήταν υπό την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου. Συγκεκριμένα, τα ηλεκτρόνια στο ένα υποπλέγμα φάνηκαν να αισθάνονται ένα θετικό μαγνητικό πεδίο ενώ τα ηλεκτρόνια στο άλλο υποπλέγμα αισθάνονταν ένα αρνητικό. Οι θεωρητικοί δεν το αναγνώρισαν αρκετά, αλλά το κλειδί για μια νέα θεωρία υπεραγωγιμότητας ήταν να τους κοιτάξουν κατάματα.

Αφού χρησιμοποίησαν τη θεωρία για να εξάγουν τη μαγική γωνία των 1,1 μοιρών στο διπλό στρώμα γραφενίου τον Αύγουστο του 2018, ο Vishwanath και οι συνάδελφοί του άρχισαν να συσσωρεύονται σε περισσότερα στρώματα γραφενίου. Η θεωρία, η οποία αρχικά είχε σχεδιαστεί για δύο στρώματα, έπληξε τις νέες δομές πολύ καλύτερα από το αναμενόμενο. Διαπίστωσαν ότι μπορούσαν να υπολογίσουν τη μαγική γωνία για τη μία στοίβα γραφενίου μετά την άλλη με απλές αναλογίες που φαινόταν αδιαπέραστες από την αυξανόμενη πολυπλοκότητα των παχύτερων συστημάτων.

«Ειδικά στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης, νομίζεις ότι κάνεις κάτι πολύ κοντά στη φυσική ή ακόμα και στην πρακτική πραγματικότητα», είπε ο Βισβανάθ. "Αλλά κάθε τόσο παίρνεις μια γεύση από αυτόν τον πολύ ιδανικό κόσμο που ζει πίσω."

Καθώς η ομάδα, συμπεριλαμβανομένων των συνεργατών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Μπέρκλεϋ, διερεύνησε περαιτέρω, προσθέτοντας πιο ρεαλιστικές λεπτομέρειες στη θεωρία, εμφανίστηκε η υπεραγωγιμότητα, αλλά με έναν εντελώς νέο τρόπο. Ίσως δεν σχηματίζονταν ζεύγη ηλεκτρονίων, αλλά φουρτούνες ηλεκτρονίων γνωστές ως σκυρμιόνια. Εφόσον το γραφένιο διπλής στιβάδας έχει δύο στρώματα, έχει τέσσερα υποπλέγματα, αλλά τα υποπλέγματα με το ίδιο μαγνητικό φορτίο λειτουργούν ως ένα. Τα αποτελεσματικά μαγνητικά πεδία κάνουν τα ηλεκτρόνια που επισκέπτονται τα άτομα στο ένα πλέγμα να θέλουν να δείχνουν προς τα πάνω, ενώ τα ηλεκτρόνια στο άλλο πλέγμα θέλουν να δείχνουν προς τα κάτω. Αυτή η διαμόρφωση μπορεί να κλειδώσει τα ηλεκτρόνια στη θέση τους έτσι ώστε το σύστημα να συμπεριφέρεται ως μονωτής. (Περίεργα, τα πειράματα σε χαλκό και συνεστραμμένο γραφένιο διπλής στοιβάδας υποδηλώνουν ότι και τα δύο υλικά λειτουργούν σαν μονωτές λίγο πριν αρχίσουν να υπεραγώγουν).

Αλλά αν διαταράξετε την ισορροπία με πρόσθετο φορτίο, τα ηλεκτρόνια σε κάθε υποπλέγμα μπορούν να λάβουν ένα μοτίβο συλλογικής δίνης - ένα σκυρμιόνιο - όπου το περιστρεφόμενο ηλεκτρόνιο στο μάτι της καταιγίδας δείχνει προς τα πάνω (ή προς τα κάτω) και οι γείτονές του ισοπεδώνονται σε μια σπειροειδή μορφή μοτίβο.

Αν και χιλιάδες ηλεκτρόνια μπορούν να εισέλθουν σε ένα σκυρμιόνι γραφενίου, η δίνη λειτουργεί σαν να είναι ένα σωματίδιο με φορτίο ενός ηλεκτρονίου. Μπορεί να περιμένετε τα αρνητικά σκυρμιόνια να απωθούν το ένα το άλλο, αλλά οι κβαντομηχανικοί κανόνες που διέπουν τον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρόνια μεταπηδούν μεταξύ των δύο υποδικτυωμάτων έλκουν στην πραγματικότητα σκυρμιόνια στα αντίθετα πλέγματα μαζί. Με άλλα λόγια, σχηματίζουν ζεύγη φορτίων που μοιάζουν με ηλεκτρόνια — η θεμελιώδης απαίτηση για υπεραγωγιμότητα.

Το κλειδί για την ιστορία του skyrmion είναι η περιστροφική συμμετρία 180 μοιρών που υπαγορεύει τις μεταφορές ηλεκτρονίων μεταξύ των τριγωνικών υποδικτυωμάτων. Ένα ορθογώνιο έχει την ίδια συμμετρία. Το έχει ένα εξάγωνο. Το έχει ένα ορθογώνιο ή εξαγωνικό πλέγμα. Αλλά η στοίβαξη και το στρίψιμο φύλλων σχεδόν οτιδήποτε εκτός από γραφένιο το σπάει. Επιτέλους, ο Βισβανάθ και οι συνάδελφοί του μπόρεσαν να εξηγήσουν γιατί ο ζωολογικός κήπος με στριμμένα πλέγματα δεν είχε υπεραγωγιμότητα.

«Αυτή ήταν η στιγμή που όλα ταιριάζουν μεταξύ τους», είπε ο Khalaf.

Η θεωρία συναντά το γραφένιο

Ο Jarillo-Herrero είχε ήδη σκεφτεί ότι τα καλά πράγματα μπορεί να έρθουν στα τρία. Τα ηλεκτρόνια σε υλικά με επίπεδες ζώνες κινούνται αρκετά αργά ώστε τα σωματίδια να συνεργαστούν, αλλά η υπεραγωγιμότητα μπορεί να ενισχυθεί από τις ζώνες «διασποράς», όπου τα ζεύγη ταξιδεύουν πιο εύκολα. Το συνεστραμμένο γραφένιο διπλής στιβάδας έχει το πρώτο. Ένα μόνο στρώμα γραφενίου έχει το τελευταίο. Η στοίβαξή τους μαζί μπορεί να μας δώσει το καλύτερο και από τους δύο κόσμους.

Στη συνέχεια ήρθε η πρόβλεψη από την ομάδα του Βισβανάθ ότι η 1,5 μοίρα ήταν η μαγική γωνία για τη δημιουργία υπεραγώγιμων σκυρμιονίων σε τρία στρώματα γραφενίου.

Με αυτά τα επιχειρήματα κατά νου, το εργαστήριο του Jarillo-Herrero, καθώς και το εργαστήριο του Philip Kim στο Χάρβαρντ, άρχισαν να δουλεύουν φτιάχνοντας στοίβες τριών στρωμάτων από φύλλα γραφενίου. Και τα δύο εργαστήρια είδαν όλα όσα είχαν προβλέψει οι θεωρητικοί και πολλά άλλα.

Εάν το γραφένιο διπλής στιβάδας είναι μια παιδική χαρά για υπεραγωγιμότητα, το γραφένιο τριών στρωμάτων φαίνεται να είναι η κρατική έκθεση. Οι πειραματιστές όχι μόνο μπορούν να ρυθμίσουν με ακρίβεια τον αριθμό των ηλεκτρονίων στα πλέγματα, αλλά μπορούν επίσης να ανακατέψουν ηλεκτρόνια μεταξύ των στρωμάτων κατά βούληση με ένα δεύτερο ηλεκτρικό πεδίο. Με αυτήν την ευελιξία, οι ερευνητές μπορούν να αναζητήσουν υπεραγώγιμα γλυκά σημεία κάνοντας τα ηλεκτρόνια να αισθάνονται σαν να κινούνται μέσω ενός συστήματος δύο στρωμάτων, ενός συστήματος μίας στρώσης ή οποιουδήποτε αριθμού υβριδικών συστημάτων.

Χρησιμοποιώντας αυτήν την άνευ προηγουμένου δυνατότητα συντονισμού, τα εργαστήρια επαλήθευσαν ότι, σε αντίθεση με άλλα συνεστραμμένα υλικά, το γραφένιο τριών στρωμάτων περνάει κάθε δοκιμή υπεραγωγιμότητας. Βρήκαν επίσης αρκετούς έμμεσους υπαινιγμούς ότι η υπεραγωγιμότητα εμφανίζεται με ασυνήθιστο τρόπο.

Πρώτον, τα ηλεκτρόνια συνεργάζονται εξαιρετικά καλά. Στους συμβατικούς υπεραγωγούς, όπου συστάδες ατόμων ζευγαρώνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια, μόλις 1 στα 100.000 ηλεκτρόνια ενώνεται με το υπεραγώγιμο υπερρευστό. Στους χαλκούδες συμμετέχουν περίπου 1 στα 30 ελεύθερα ηλεκτρόνια. Αλλά στο σύστημα τριών επιπέδων, οι ερευνητές υπολογίζουν ότι συμμετέχει έως και 1 στους 10.

Οι οντότητες στα υπεραγώγιμα ζεύγη - είτε είναι ηλεκτρόνια είτε σκυρμιόνια - παραμένουν επίσης αρκετά κοντά μεταξύ τους. Τα άκρα των δίδυμων ηλεκτρονίων σε υπερψυγμένο αλουμίνιο χωρίζουν κατά 10.000 φορές τη γενική απόσταση μεταξύ των ηλεκτρονίων, όπως μια σούπα από μακριές κλώνες ζυμαρικών. Ωστόσο, στο γραφένιο τριών στρωμάτων, τα υπεραγώγιμα ζευγάρια συσκευάζονται μαζί σαν μακαρόνια, με τα αντικείμενα να κάθονται εξίσου κοντά στον σύντροφό τους όσο και στους γείτονές τους.

Δεδομένου του πόσο δύσκολο είναι να γνωρίζουμε τι συμβαίνει μέσα σε ένα υλικό σε υποατομικό επίπεδο, είναι πολύ νωρίς για να πούμε εάν τα σκυρμιόνια κάνουν σίγουρα την υπεραγωγιμότητα στο πολυστρωματικό γραφένιο. Αλλά για τον Khalaf, οι περίεργες συμπεριφορές που είδαν οι Jarillo-Herrero και Kim ταιριάζουν με τις δίνες ηλεκτρονίων.

Σε αντίθεση με τα τυπικά ζεύγη ηλεκτρονίων, τα ζεύγη skyrmion συνδέονται στενά για εξαιρετικά αποδοτική υπεραγωγιμότητα. Τα σύνθετα αντικείμενα είναι επίσης μεγάλα και στριμωγμένα κοντά μεταξύ τους.

Και στα τυπικά μέταλλα, εάν βάλετε τα ηλεκτρόνια σε μια κατάσταση όπου μπορούν να επιλέξουν από πολλές πιθανές δραστηριότητες, συνήθως έχετε την ισχυρότερη υπεραγωγιμότητα. Αλλά όταν οι ερευνητές έδωσαν ηλεκτρόνια στο σύστημα τριών στιβάδων αυτή την ελευθερία, η υπεραγωγιμότητα πέθανε. Ίσως, είπε ο Khalaf, αυτό οφείλεται στο ότι η αυξημένη ελευθερία αφήνει τα skyrmions να καταρρεύσουν.

«Δεν νομίζω ότι είναι οριστικό ότι δεν είναι ένας συμβατικός υπεραγωγός», είπε ο Κόρι Ντιν, ένας φυσικός συμπυκνωμένης ύλης στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια. Αλλά είπε ότι η ασυνήθιστη απάντηση στην αυξημένη ελευθερία «είναι σίγουρα ένα σημείο δεδομένων που δείχνει προς την άλλη κατεύθυνση».

Εάν η περιστροφική συμμετρία που εντόπισαν ο Vishwanath και οι συνεργάτες του είναι πραγματικά κρίσιμη για την υπεραγωγιμότητα του πολυστρωματικού γραφενίου, οι επιστήμονες υλικών θα μπορούσαν κάποια μέρα να χρησιμοποιήσουν αυτό το γεγονός για να τους οδηγήσουν σε ένα πεδίο πολλών δισεκατομμυρίων πιθανών ουσιών προς ένα πλέγμα που μπορεί να κρατήσει τα ηλεκτρόνια του μαζί σε μια ζεστή μέρα.

Τα φορτία στο συνεστραμμένο γραφένιο απλώνονται πολύ λεπτά στα γιγάντια κύτταρα μουαρέ για να υπεραγώγουν σε υψηλές θερμοκρασίες, αλλά ο δεσμός που τα συγκρατεί - είτε πρόκειται για σκυρμιόνια είτε για κάτι άλλο - φαίνεται ισχυρός. Οι ερευνητές ελπίζουν ότι η περαιτέρω εξέταση του συνεστραμμένου γραφενίου και οι θεωρίες που εξηγούν τις περίεργες ιδιότητές του θα μπορούσαν να αποστάξουν την ουσία της ισχυρής υπεραγωγιμότητας του και να δείξουν το δρόμο προς ένα πλέγμα που μπορεί να πάρει περισσότερη θερμότητα.

"Αν έχετε την ίδια φυσική του σκυρμιονίου στην [ατομική] κλίμακα", είπε ο Sachdev, "τότε θα μπορούσατε πραγματικά να το χρησιμοποιήσετε."