Pronađena "obitelj" robusnih, supravodljivih struktura grafena

Pronađena "obitelj" robusnih, supravodljivih struktura grafena

U 2018. godini, znanstvenici s MIT-a otkrili su da upletena dvoslojna struktura može pokazati snažnu supravodljivost slaganjem dvaju slojeva grafena pod određenim "čarobnim" kutom. Slično supravodljivo stanje također je pronađeno u upletenom troslojnom grafenu.

Ista je skupina otkrila da slaganjem četiri i pet slojeva grafena pod određenim "čarobnim" kutom, upleteni i naslagani pokazuju snažnu supravodljivost na niskim temperaturama. Ovo otkriće pokazuje nekoliko konfiguracija grafena kao prve poznate "obitelji" višeslojnih supravodiča magičnog kuta. Tim je također identificirao sličnosti i razlike između članova obitelji grafena.

Glavni autor Jeong Min (Jane) Park, diplomirani student na Odsjeku za fiziku MIT-a, rekao je: “Grafenski sustav magičnog kuta sada je legitimna 'obitelj', uz nekoliko sustava. Ova obitelj je značajna jer pruža način za dizajn robusnih supravodiča.”

Os istraživači otkrio je supravodljivost i ravnu vrpčastu strukturu upletenog dvoslojnog grafena, no nije bilo jasno je li prvo rezultat potonjeg.

Glavna autorica Jeong Min (Jane) Park, studentica diplomskog studija na Odsjeku za fiziku MIT-a, rekla je, “Nije bilo dokaza da je ravna trakasta struktura dovela do supravodljivosti. Druge skupine su od tada proizvele druge upletene strukture od drugih materijala s nešto ravne trake, ali im nedostaje snažna supravodljivost. Pa smo se zapitali: možemo li proizvesti još jedan ravnopojasni supravodljivi uređaj?”

Grupa sa Sveučilišta Harvard razmatrala je pitanja i matematički izvela izračune. Otkrili su da tri sloja grafena mogu biti supravodljivi kada su uvijeni za 1,6 stupnjeva. Također su pokazali da ne bi trebalo biti ograničenja u broju slojeva grafena koji pokazuju supravodljivost ako su složeni i uvijeni na pravi način pod predviđenim kutovima. Konačno, dokazali su da mogu matematički povezati svaku višeslojnu strukturu sa zajedničkom strukturom ravnog pojasa, dokazujući da ravni pojas može dovesti do snažne supravodljivosti.

Park je rekao, "Tamo su zaključili da bi mogla postojati cijela ta hijerarhija grafenskih struktura, čak i beskonačni slojevi, koji bi mogli odgovarati sličnom matematičkom izrazu za ravnu vrpčastu strukturu."

U ovoj novoj studiji tim je nastojao povećati broj slojeva grafena. Stvorili su dvije nove strukture koristeći četiri odnosno pet slojeva grafena. Poput upletenog troslojnog sendviča sa sirom od grafena, svaka se struktura naizmjenično slaže.

Tim je držao strukture u hladnjaku ispod 1 kelvina (oko -273 stupnja Celzijusa), električnu struju kroz svaku strukturu, i mjerio izlaz pod različitim uvjetima, slično testovima za njihove dvoslojne i troslojne sustave.

Otkrili su da grafen upleten s četiri i pet slojeva također ima snažnu supravodljivost i ravnu traku. Odgovori struktura na magnetsko polje različite jakosti, kuta i orijentacije također su odgovarali onima njihovih troslojnih dvojnika.

Ovi eksperimenti su pokazali da se upletene strukture grafena mogu smatrati novom obitelji ili klasom uobičajenih supravodljivih materijala. Eksperimenti su također sugerirali crnu ovcu u obitelji: izvorna upletena dvoslojna struktura, iako je dijelila važna svojstva, također je pokazala suptilne razlike od svoje braće i sestara. Na primjer, prethodni eksperimenti grupe pokazali su da se supravodljivost strukture pokvarila pod nižim magnetskim poljima i bila nepravilnija kako se područje rotiralo u usporedbi s višeslojnom braćom.

Kad je tim izveo simulacije svake vrste strukture, zaključili su da supravodljivost upletenog dvoslojnog grafena nestaje pod određenim magnetskim uvjetima jer svi njegovi fizički slojevi postoje u "nezrcalnom" obliku unutar strukture.

Za razliku od svoje višeslojne braće, koja imaju određeni stupanj zrcalne simetrije, grafen ne sadrži slojeve koji su zrcalno nasuprot jedan drugome. Ovi rezultati impliciraju da obitelj upletenih grafena dijeli zajednički mehanizam koji uzrokuje protok elektrona u robusnom supravodljivom stanju.

Park je promatrao, "Ovo je veoma važno. Ne znajući to, ljudi bi mogli pomisliti da je dvoslojni grafen konvencionalniji u usporedbi s višeslojnim strukturama. Ali pokazali smo da cijela ova obitelj može biti robustan, nekonvencionalan supravodič.”

Referenca časopisa:

    )

      Park, JM, Cao, Y., Xia, LQ. et al. Robusna supravodljivost u obitelji višeslojnog grafena s čarobnim kutom. nat. majka (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01287-1

Povezani postovi

Ostavite komentar

pogreška: