חוקרים מישראל, יפן וארצות הברית גילו מוליך-על שבתנאים מסוימים הופך להיות חד סטרי, ועשוי להיות כלי שימושי בחקר התופעה המרתקת

לפעמים שילוב של שתי תופעות פיזיקליות יכול להניב תופעה חדשה ומרתקת. מדענים מיפן ומארצות הברית, עם פרופ' רשף טנא ממכון ויצמן למדע, גילו כי מוליכות-על עשויה להיות חד כיוונית בתנאים מסוימים, מה שעשוי לאפשר להבין טוב יותר את התהליכים המאפשרים מוליכות-על, ואולי לסלול את הדרך ליישומים חדשים.

מוליכות-על היא תופעה אקזוטית המשלהבת את הדמיון: הולכה של זרם חשמלי ללא התנגדות, כלומר בלי איבוד אנרגיה בדרך כפי שקורה היום, כשחוטים או כבלים מתחממים ומפסידים לסביבה חלק גדול מהאנרגיה שהם מוליכים. היינו רוצים להשתמש במוליכי-על כדי להעביר החשמל בכל העולם, אך זה לא אפשרי מכיוון שהתופעה מתרחשת רק בחומרים מסוימים ורק כאשר מקררים אותם לטמפרטורות נמוכות במיוחד. נכון להיום, הטמפרטורה הגבוהה ביותר שהושגה בה מוליכות-על נמוכה מ-100 מעלות צלזיוס מתחת לאפס, ולכן יישומים של מוליכות-על מוגבלים מאוד לפי שעה.

תופעה נוספת בעולם הפיזיקה היא השפעת הכיראליוּת של חומרים על מעבר האלקטרונים בהם. כיראליוּת היא תכונה המזכירה תמונת ראי: שתי מולקולות בעלות הרכב כימי זהה, אפשר לסדר בצורה שלא יהיו חופפות זו לזו. דוגמה מצויינת לאובייקט כיראלי היא כפות הידיים שלנו – שיקוף של יד ימין לא ייתן שוב את יד ימין, אלא את יד שמאל ולהיפך. קובייה, לעומת זאת חופפת גם לתמונת המראה שלה.

במחקר החדש שילבו החוקרים מוליכות-על וכיראליות וגילו תופעה חדשה: מוליכות-על חד כיוונית.  החוקרים גידלו צינורות בגודל כמה ננומטרים (מיליארדיות המטר) של החומר טונגסטן די-סולפיד (WS2), וחקרו את התכונות החשמליות שלהם. מתברר כי כמפעילים מתח חשמלי על הצינורות בתנאים מסוימים, הם הופכים למוליכי על בטמפרטורה של 5.8 מעלות קלווין (כ-267 מעלות צלזיוס מתחת לאפס).

בנוסף, החוקרים גילו כי הפעלת שדה מגנטי במקביל לכיוון הצינורות גורמת לכך שהולכת הזרם החשמלי אינה סימטרית. ההתנגדות החשמלית שונה כאשר מזרימים זרם מנקודה א' ל-ב' וכאשר עושים זאת מנקודה ב' ל-א'. החוקרים מייחסים את התופעה לאופי הכיראלי של הצינורות, הבנויים באופן כזה שהאטומים המרכיבים אותה יוצרים מעין סליל.

התופעה המוזרה של מוליכות-על שאינה סימטרית יכולה להוסיף מידע על תופעת מוליכות העל, ויכולה לשמש גם כדיודה – רכיב שמאפשר מעבר זרם רק לכיוון אחד – עבור "זרם על". החוקרים עדיין אינם בטוחים מה בדיוק גורם לתופעה, אך הם מביעים במאמר תקווה כי באמצעותה יוכלו לחקור תופעות אקזוטיות הקשורות במוליכות-על.