Naukowcy w końcu potwierdzili, że specjalnie skręcone warstwy grafenu wykazują nadprzewodnictwo, czyli zjawisko, w którym materiały przewodzą prąd bez oporu. Najnowsze odkrycia, opublikowane 6 listopada w czasopiśmie Science, potwierdzają, że ten „magiczny” grafen należy do tajemniczej klasy nadprzewodników, których nie można wytłumaczyć konwencjonalnymi wyjaśnieniami. To odkrycie może być decydującym krokiem w kierunku zrozumienia i stworzenia nadprzewodników, które działają w mniej ekstremalnych warunkach, być może nawet w temperaturze pokojowej.
Zagadka niekonwencjonalnego nadprzewodnictwa
Nadprzewodniki są od dawna poszukiwane ze względu na ich efektywność w przekazywaniu energii, ale większość z nich wymaga do działania wyjątkowo niskich temperatur. Tradycyjne nadprzewodniki polegają na tworzeniu par elektronów poprzez interakcję ze strukturą materiału. Jednak w latach 80. XX wieku badacze odkryli materiały takie jak miedziany, które ulegały nadprzewodnictwu w sposób, którego ten model nie potrafił wyjaśnić. Te niekonwencjonalne nadprzewodniki pozostają słabo poznane, ale mają potencjał do bardziej praktycznych zastosowań.
Jak wpasowuje się w to zakrzywiony grafen
Kluczem jest ułożenie arkuszy grafenu (jednowarstwowego węgla) i skręcenie ich pod precyzyjnym, „magicznym” kątem. W 2018 roku badacze pod kierownictwem Pabla Jarrillo-Herrero po raz pierwszy zaobserwowali nadprzewodnictwo w tej konfiguracji, ale ostateczny dowód pozostał nieuchwytny. Teraz zespół przedstawił przekonujące dowody na to, że trójwarstwowy zakrzywiony grafen zachowuje się jak inne niekonwencjonalne nadprzewodniki, łącznie z obecnością węzłów w jego przerwie energetycznej.
Węzły oznaczają, że elektrony w określonych kierunkach nie są łączone w pary (pary Coopera), co jest cechą charakterystyczną wielu niekonwencjonalnych materiałów. Przerwa energetyczna, która określa, ile energii potrzeba do rozbicia tych par, zmienia się w zależności od pędu elektronów. Zachowanie to potwierdzono tworząc kanapkę grafen-izolator-grafen i mierząc tunelowanie elektronów, co ujawniło strukturę przerwy energetycznej.
Prostota jest zaletą
Atrakcyjność magicznego grafenu leży nie tylko w jego właściwościach nadprzewodzących, ale także w jego prostocie. „To układ czysty chemicznie. To tylko węgiel” – wyjaśnia fizyk Ali Yazdani. W przeciwieństwie do złożonych miedzianów grafen zapewnia czystsze środowisko do badania podstawowej fizyki niekonwencjonalnego nadprzewodnictwa.
Droga naprzód
Rosnący konsensus wśród naukowców, poparty obszernymi dowodami eksperymentalnymi, sugeruje, że zakrzywiony grafen mógłby stanowić idealne stanowisko testowe do opracowania jednolitej teorii niekonwencjonalnego nadprzewodnictwa. Jeśli naukowcom uda się rozszyfrować podstawowe mechanizmy, będą mogli stworzyć materiały nadprzewodzące w wyższych temperaturach, rewolucjonizując technologie energetyczne.
Im bardziej spójne dowody z różnych eksperymentów, tym bliżej jesteśmy przełomu. Zrozumienie działania tych materiałów otworzy przed nami możliwości, o których nawet nie marzyliśmy.
