Grafen – nowy nadprzewodnik ?

Fot. Pixabay CC0

Naukowcy z Helmholtz-Zentrum Berlin udowodnili, że podwójne warstwy grafenu mogą przewodzić prąd bez oporu. Wszystko to dzięki ich właściwości, którą odkryli przy udziale techniki o wysokiej rozdzielczości.

Grafen jest jedną z postaci allotropowych węgla. Ma on budowę siatki o strukturze plastra miodu z sześciokątnymi oczkami i dobrze przewodzi prąd elektryczny, ale nie jest nadprzewodnikiem. Wkrótce może się to zmienić. Już w kwietniu tego roku grupa z MIT w USA wykazała, że można osiągnąć nadprzewodnictwo w strukturze zbudowanej z dwóch warstw grafemu w odpowiednich warunkach. Obie warstwy muszą być jednak ułożone względem siebie pod odpowiednim kątem, co trudno osiągnąć przy masowej produkcji.

Inny, znacznie prostszy opracowałą grupa zgromadzona wokół prof. Olivera Radera i dr Andreja Warykhalova. Ogrzali oni kryształ krzemu węglika aż atomy krzemu wyparowały, pozostawiając dwie warstwy grafemu leżące dokładnie jedna na drugiej.

Dzięki dokładnej analizie struktury znaleziono obszar, który wcześniej został przeoczony. Jak powiedział dr Dmitrij Marczenko, jeden z autorów badania: "Poprzednio nie było wiadomo, że w strukturze pasma istnieje płaski obszar w tak prostym, dobrze znanym systemie." Jest on warunkiem nadprzewodnictwa, ale tylko wtedy, gdy znajduje się w tzw. energii Fermiego.

Poziom energetyczny dwuwarstwy grafenu to jednak tylko 200 miliardów woltów poniżej energii Fermiego. Można jednak podnieść go do odpowiedniego poziomu poprzez domieszki obcych atomów lub zastosowanie zewnętrznego napięcia. Badacze dowiedli, że ten płaski obszar powstaje dzięki interakcjom między grafemem i rusztowaniem z węglika krzemu. Jak twierdzą, są w stanie przewidzieć jego powstanie przy użyciu niewielu parametrów, co czyni ich odkrycie przystępną metodą kontroli nadprzewodnictwa.

(KB)