Dastlabki sarlavha o‘ta o‘tkazuvchanlik haqida bo‘lsa-da, bu hikoya aslida biz odatda tasavvur qiladigan, ya’ni ishga tushirish uchun noodatiy sovutish talab qilmaydigan o‘ta o‘tkazuvchanlik haqida emas. Aksincha, bu kvant mexanikasining ba’zi g‘ayritabiiy oqibatlarini, xususan, mavjud bo‘lmasa ham mavjuddek harakat qiluvchi, ko‘rinmas nur zarralari — virtual fotonlarni sinash vositasi sifatida o‘ta o‘tkazuvchanlikdan qanday foydalanish mumkinligi haqida. Tadqiqotchilar ushbu virtual fotonlarning o‘ta o‘tkazgich xususiyatiga ta’sir qilish usulini topdilar, bu esa oxir-oqibat uning ish faoliyatini yomonlashtiradi. Bu, ehtimol, o‘ta o‘tkazuvchanlik haqida qandaydir foydali ma’lumot berishi mumkin, ammo buning uchun biroz vaqt talab etiladi.

Virtual borliq

Bu hikoya kvant maydon nazariyasidan boshlanadi. Bu nazariya juda murakkab bo‘lsa-da, soddalashtirilgan talqinga ko‘ra, hatto bo‘sh joy ham uning ichidagi yoki yaqinidagi har qanday kvant ob’ektlarining o‘zaro ta’sirini boshqarishi mumkin bo‘lgan maydonlar bilan to‘lgan. Turli zarralarni ushbu maydonlarning energetik qo‘zg‘alishlari deb hisoblash mumkin – shunday qilib, foton oddiygina kvant maydonining energetik holatidir.

Bu zarralarning ba’zilari biz kuzatib borishimiz mumkin bo‘lgan haqiqiy mavjudlikka ega, masalan, lazer tomonidan chiqarilgan va ma’lum masofadagi detektor tomonidan yutilgan foton. Ammo kvant maydoni virtual fotonlarga ham yo‘l ochadi, ular shunchaki zarralar orasidagi elektromagnit kuchni uzatish vazifasini bajaradi. Biz ularni to‘g‘ridan-to‘g‘ri aniqlay olmaymiz, ammo ularning ta’sirini aniq kuzatishimiz mumkin.

Buning g‘ayritabiiy oqibatlaridan biri shundaki, kuchli elektromagnit maydonga ega joylar, hatto haqiqiy fotonlar mavjud bo‘lmaganda ham, virtual fotonlar bilan to‘la bo‘lishi mumkin.

Bu esa yangi ishning markaziy materiallaridan biri — bor nitridiga olib keladi. Mashhur grafen singari, bor nitridi ham bir qator o‘zaro bog‘langan olti burchakli halqalardan iborat bo‘lib, makroskopik varaqlar hosil qiladi. Asosiy material varaqlar ustiga qatlangan varaqlar va yana qatlamlangan varaqalardan iborat. Bu material orqali o‘tuvchi yorug‘likka ta’sir qiladi. Bir yo‘nalishda yorug‘lik oddiygina materialga urilib, yutiladi yoki tarqaladi. Ammo agar u varaqlar tekisligiga yo‘naltirilgan bo‘lsa, yorug‘lik bor va azot atomlari orasidagi bo‘shliqda harakatlanishi mumkin.

Ammo bu unchalik oddiy emas. Individual varaqlar ichidagi atomlarning muntazam joylashuvi va bu varaqlar orasidagi masofa tufayli faqat ma’lum to‘lqin uzunliklari silliq o‘ta oladi.

Mohiyatan, olti burchakli bor nitridi juda o‘ziga xos elektromagnit maydon hosil qiladi, bu faqat cheklangan miqdordagi to‘lqin uzunliklari uchun juda tanlab ta’sir qiluvchidir. Va bu shuni anglatadiki, materialda hech qanday fotonlar bo‘lmaganda ham, ushbu to‘lqin uzunliklarida ko‘plab virtual fotonlar mavjud bo‘ladi. Yangi tadqiqot esa o‘ta o‘tkazuvchanlikning g‘ayrioddiy shakli haqidagi g‘oyani sinash uchun ularning mavjudligiga tayanadi.

O‘ta o‘tkazuvchanlikning pasayishi

κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br (qisqacha κ-ET) deb nomlanuvchi g‘ayrioddiy o‘ta o‘tkazgich mavjud bo‘lib, u mis va organik materiallar aralashmasidir. Bu unchalik ham samarali o‘ta o‘tkazgich emas – uning kritik harorati atigi 12 Kelvinni tashkil qiladi – ammo u an’anaviy mis asosidagi o‘ta o‘tkazgichlarni boshqaradigan mexanizm orqali o‘ta o‘tkazuvchanlikni namoyish etmaydi. O‘ta o‘tkazuvchanlikning boshlanishida uglerod-uglerod qo‘sh bog‘i ishtirok etishi kutilgan edi, ammo buni eksperimental tarzda tekshirish qiyin bo‘lgan.

Yangi ishda ishtirok etgan tadqiqotchilar ushbu uglerod-uglerod bog‘ining cho‘zilish chastotasi bor nitridi orqali o‘tishi mumkin bo‘lgan infraqizil to‘lqin uzunliklariga mos kelishini aniqladilar. Bu yaqin atrofdagi ko‘plab virtual fotonlarni joylashtirish uglerod-uglerod tebranishlariga va shu bilan o‘ta o‘tkazuvchanlikka ta’sir qilishi mumkin degan taxminni ilgari surdi. Shunday qilib, ular κ-ET o‘ta o‘tkazgichining bir qismi va uning ustiga qatlamlangan bor nitridi bo‘lgan qurilma yaratdilar.

O‘ta o‘tkazgichlarning bir xususiyati shundaki, ular magnit maydonlarni chiqarib yuboradi. Tadqiqot guruhi bor nitridi mavjudligi magnitni o‘ta o‘tkazgichga yaqinlashtirish uchun zarur bo‘lgan kuchni kamaytirishini aniqladi. Boshqa materiallarni yuzaga joylashtirish hech qanday ta’sir ko‘rsatmadi, bu bor nitridiga xos bo‘lgan narsa borligini ko‘rsatdi. Xuddi shunday, tegishli o‘ta o‘tkazgichga bor nitridi ta’sir qilmadi. Bularning barchasi κ-ET va bor nitridi o‘rtasida o‘ziga xos o‘zaro ta’sir mavjudligini anglatadi. Va eng muhimi, bu bor nitridi orqali hech qanday haqiqiy fotonlar o‘tmagan holda sodir bo‘ladi.

Shuni ta’kidlash joizki: bor nitridi o‘ta o‘tkazuvchanlikni kuchaytirmayapti, aksincha uni pasaytirmoqda. Tadqiqotchilar pasayish o‘ta o‘tkazgichning qanchalik chuqurligiga kirib borishiga amin emaslar, shuning uchun ular kritik haroratni ham pasaytirishi mumkinligini aniqlay olmadilar.

Demak, aniqki, bu o‘ziga xos o‘zaro ta’sir yuqori haroratli o‘ta o‘tkazgichlarga olib boradigan yo‘l emas. Ammo bu g‘alati fizikaning aqlli namoyishidan biroz ko‘proq bo‘lishi mumkin. Birinchidan, bor nitridi o‘ta o‘tkazgich ichida nimalar sodir bo‘layotganini boshqa yo‘llar bilan amalga oshirish qiyin bo‘lgan tarzda tavsiflashga yordam beradi. Va turli to‘lqin uzunliklarida rezonanslarga ega bo‘lishi mumkin bo‘lgan, shu bilan birga turli xil zondlarni ishlab chiqishga imkon beradigan boshqa ko‘plab qatlamli tuzilishga ega materiallar mavjud.

Umuman olganda, bu o‘ta o‘tkazuvchanlikni odatda buning uchun foydalanadigan ikkita dastakdan: harorat va bosimdan tashqari yo‘llar bilan manipulyatsiya qilish mumkinligi g‘oyasini tasdiqlaydi. Eng yaxshi ishlaydigan o‘ta o‘tkazgichlarning ba’zilari umumiy foydalanish uchun hech qachon juda tejamli bo‘lmaydigan harorat va/yoki bosimni talab qiladi. Ammo g‘oya shundan iborat ediki, ular haqida bilish, xuddi shu narsaga yanada qulay sharoitlarda erishish yo‘llarini topishga yordam berishi mumkin edi. Ammo materialning kimyosini o‘zgartirishdan tashqari, buni amalga oshirishning boshqa yo‘li borligi har doim ham aniq emas edi. Ushbu yangi ish potensial alternativani taklif qiladi.

Nature, 2025. DOI: 10.1038/s41586-025-10062-6