Japonų mokslininkai pavertė grafeną superlaidininku

Superlaidus grafenas

Grafenas, nuostabioji medžiaga, turinti visokiausių neįprastų savybių, dabar pasirodė turinti superlaidumo savybę. Japonų mokslininkai iš Tohoku universiteto Tokijuje sukūrė grafeną, neturintį elektrinės varžos, taip papildydami netrumpą nuostabių šios medžiagos savybių sąrašą.

Superlaidumas yra svarbus šuolis šios medžiagos vystyme dėl nesuskaitomų naujų jo pritaikymo sričių, gyvybiškai svarbių dabartiniame pasaulyje. Iš superlaidaus grafeno, kuris yra stiprus, tvirtas, ir (kas dar svarbiau) neįtikėtinai plonas, galima sukurti daugybę efektyvesnių prietaisų.

Bet prieš tai reikia įveikti menką kliūtį. Grafeno superlaidumas buvo demonstruojamas itin žemoje, 4 K (-269 °C) temperatūroje, o tai kol kas riboja jo pritaikymo sferą.

Bemasiai elektronai

Jau ir įprastos būsenos grafenas labai geras laidininkas. Elektronai grafene taip pat gali įgauti tam tikras būsenas, vadinamas Dirako kūgiu. Šios būsenos elektronai elgiasi, it neturėtų masės, tad juda labai sparčiai.

Norint pasiekti superlaidumą, elektronai turi būti suporuoti, o ne atstumti vienas kitą. Susiporavę elektronai gali judėti medžiaga be nuostolių. Kai tai vyksta tokioje medžiagoje kaip grafenas Dirako kūgių būsenoje, kur elektronai elgiasi taip, lyg neturėtų masės, nutinka labai įdomūs dalykai.

Pranešime spaudai, Tohoku universitetas pažymi, kad šis pasiekimas yra „svarbus, nes masės neturintys elektronai, tekantys be varžos gali paskatinti itin sparčių nanoelektronikos įrenginių kūrimą“.

Tyrėjai pasiekė superlaidumą, įterpę kalcio atomus tarp dviejų grafeno sluoksnių, sukurtų ant silicio karbido kristalo. Tada jie išmatavo elektrinį laidumą keturių taškų mikrozondų metodu. Paaiškėjo, kad maždaug 4 kelvinų temperatūroje (-269 °C), elektrinė varža staigiai krenta, o tai yra superlaidumo atsiradimo ženklas.

Komanda priėjo išvadą, kad superlaidumą sukelia elektronų perdavimas iš kalcio atomų į grafeno sluoksnius. Kol kas jie dar nežino, koks fenomenas vyksta, kai masės neturintys Dirako elektronai pavirsta superlaidžiais.

4 K superlaidumo temperatūra yra pernelyg žema, bet tolesni tyrimai gali leisti šią temperatūrą pakelti, galbūt pakeičiant kalcio atomus kitų metalų ar lydinių atomais.