Учёные окончательно подтвердили, что специально закрученные слои графена проявляют сверхпроводимость, явление, при котором материалы проводят электричество без сопротивления. Последние результаты, опубликованные в журнале Science 6 ноября, укрепляют позицию, что этот «волшебный» графен принадлежит к загадочному классу сверхпроводников, которые бросают вызов общепринятым объяснениям. Это открытие может стать решающим шагом на пути к пониманию и созданию сверхпроводников, функционирующих в менее экстремальных условиях, возможно, даже при комнатной температуре.
Головоломка нетрадиционной сверхпроводимости
Сверхпроводники давно искали из-за их эффективности в передаче энергии, но большинство из них требуют чрезвычайно низких температур для работы. Традиционные сверхпроводники полагаются на образование пар электронов посредством взаимодействия со структурой материала. Однако в 1980-х годах исследователи обнаружили материалы, такие как купраты, которые сверхпроводили способами, которые эта модель не могла объяснить. Эти нетрадиционные сверхпроводники остаются плохо изученными, но обладают потенциалом для более практического применения.
Как искривлённый графен вписывается в это
Ключ кроется в укладке листов графена (однослойного углерода) и их скручивании под точным «волшебным» углом. В 2018 году исследователи под руководством Пабло Харрильо-Эрреро впервые наблюдали сверхпроводимость в этой конфигурации, но окончательное доказательство оставалось неуловимым. Теперь команда предоставила убедительные доказательства того, что трёхслойный искривлённый графен ведёт себя как другие нетрадиционные сверхпроводники, включая наличие узлов в его энергетической щели.
Узлы означают, что электроны в определённых направлениях не связаны в пары (куперовские пары) – отличительная черта многих нетрадиционных материалов. Энергетическая щель, определяющая, сколько энергии требуется для разрушения этих пар, меняется в зависимости от импульса электронов. Это поведение было подтверждено созданием сэндвича из графена-изолятора-графена и измерением туннелирования электронов, что выявило структуру энергетической щели.
Простота как преимущество
Привлекательность волшебного графена заключается не только в его сверхпроводящих свойствах, но и в его простоте. «Это химически чистая система. Это просто углерод», – объясняет физик Али Яздани. В отличие от сложных купратов, графен предоставляет более чистую среду для изучения фундаментальной физики нетрадиционной сверхпроводимости.
Путь вперёд
Растущий консенсус среди учёных, подкреплённый многочисленными экспериментальными подтверждениями, предполагает, что искривлённый графен может стать идеальной тестовой площадкой для разработки объединяющей теории нетрадиционной сверхпроводимости. Если исследователи смогут расшифровать лежащие в основе механизмы, они могут создать материалы, которые сверхпроводят при более высоких температурах, революционизируя энергетические технологии.
Чем более последовательны доказательства из разных экспериментов, тем ближе мы к прорыву. Понимание того, как работают эти материалы, откроет возможности, о которых мы даже не могли представить.
