Вчені нарешті підтвердили, що спеціально скручені шари графену демонструють надпровідність, явище, при якому матеріали проводять електрику без опору. Останні відкриття, опубліковані в журналі Science 6 листопада, підтверджують те, що цей «чарівний» графен належить до таємничого класу надпровідників, які не піддаються звичайним поясненням. Це відкриття може стати вирішальним кроком до розуміння та створення надпровідників, які функціонують у менш екстремальних умовах, можливо навіть при кімнатній температурі.
Головоломка нетрадиційної надпровідності
Надпровідники вже давно користуються попитом через ефективність передачі енергії, але для роботи більшості з них потрібні надзвичайно низькі температури. Традиційні надпровідники засновані на утворенні пар електронів через взаємодію зі структурою матеріалу. Однак у 1980-х роках дослідники виявили такі матеріали, як купрати, які надпровідні таким чином, що ця модель не могла пояснити. Ці нетрадиційні надпровідники залишаються недостатньо вивченими, але мають потенціал для більш практичного застосування.
Як вигнутий графен вписується в це
Ключ полягає в укладанні листів графену (одношарового вуглецю) і скручуванні їх під точним «магічним» кутом. У 2018 році дослідники під керівництвом Пабло Харрілло-Ерреро вперше спостерігали надпровідність у цій конфігурації, але остаточного доказу так і не вдалося отримати. Тепер команда надала переконливі докази того, що тришаровий вигнутий графен поводиться як інші нетрадиційні надпровідники, включаючи наявність вузлів в його енергетичному проміжку.
Вузли означають, що електрони в певних напрямках не зв’язані в пари (куперівські пари), що є ознакою багатьох нетрадиційних матеріалів. Енергетичний зазор, який визначає, скільки енергії потрібно для розриву цих пар, змінюється залежно від імпульсу електронів. Така поведінка була підтверджена створенням сендвіча графен-ізолятор-графен і вимірюванням тунелювання електронів, що виявило структуру енергетичної щілини.
Простота є перевагою
Привабливість чарівного графену полягає не лише в його надпровідних властивостях, але й у його простоті. «Це хімічно чиста система. Це просто вуглець», — пояснює фізик Алі Яздані. На відміну від складних купратів, графен забезпечує чистіше середовище для вивчення фундаментальної фізики нетрадиційної надпровідності.
Шлях вперед
Зростаючий консенсус серед вчених, який підтверджується великою кількістю експериментальних даних, свідчить про те, що вигнутий графен може стати ідеальним випробувальним майданчиком для розробки об’єднуючої теорії нетрадиційної надпровідності. Якщо дослідники зможуть розшифрувати механізми, що лежать в основі, вони зможуть створити матеріали, які надпровідні за вищих температур, революціонізуючи енергетичні технології.
Чим послідовніші докази різних експериментів, тим ближче ми до прориву. Розуміння того, як ці матеріали працюють, відкриє можливості, про які ми навіть не мріяли.
