Графен может стать сверхпроводником

Специалисты из Стэнфордского университета и Минэнерго США знают, как сделать графен — однослойную пластинку из углеродных атомов — сверхпроводящим, то есть способным предавать электричество без потерь.

Исследователи во главе с Шолун Яном (Shuolong Yang) обстреливали плотным пучком ультрафиолетового излучения многослойные структуры из графена и тонких листов кальция.

Довольно давно известно, что при определённых условиях такая комбинация является сверхпроводящей. Считалось, что без второго компонента графен лишён способности к передаче электричества без потерь.

Добавляя атомы кальция (оранжевые) между графеновыми листами (синие «соты»), учёные получают сверхпроводящий материал. Лишь теперь появились основания считать, что именно графен является главным сверхпроводящим компонентом этого материала. (Иллюстрация Greg Stewart / SLAC.)

При помощи УФ-облучения графена удалось напрямую проследить процессы «метаний» электронов между графеном и кальцием — то, как они взаимодействуют с присущими этим материалам внутренними вибрациями атомной структуры и объединяются в пары, что и позволяет этим частицам без потерь течь внутри графен-кальциевого сэндвича.

Ключевой задачей при этом было понять роль в создании сверхпроводящего материала каждого из компонентов композита. И учёные уверены, что им удалось достоверно выяснить следующее: хотя кальций и взаимодействие с ним помогают достижению сверхпроводящего состояния, графен также имеет собственный сверхпроводящий потенциал.

«Мы впервые можем показать, как именно электроны, существующие в графеновых слоях, в действительности достигают сверхпроводимости, — заявляет Джонатан Собота (Jonathan Sobota) из Института материаловедении и энергетики Стэнфордского университета, один из участников эксперимента. — Мы полагаем, что понимаем механизм возникновения сверхпроводимости в этом [композитном материале]».

Хотя пока, как вы видите, говорится лишь о «понимании теоретического механизма», эксплуатация которого может привести нас к сверхпроводящему графену, а о конкретных применениях говорить несколько рано, учёные всё же замечают, что ультравысокочастотные аналоговые транзисторы, наносенсоры и микроэлектромеханические устройства, а также элементная база квантовых компьютеров могли бы с успехом использовать сверхпроводник со столь специфическими качествами, как у графена.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Communications.

Подготовлено по материалам EurekAlert!.