Ученые изобрели новый вид графена — скрученный и сверхпроводящий
Новое открытие поможет найти способ доставки электричества без потерь на рассеяние или создать поезда на магнитной подушке, при движении которых не возникает трение.
В 2018 году ученые Массачусетского технологического института обнаружили, что если два слоя графена наложить друг на друга под определенным, так называемым “магическим” углом, то полученная в результате скрученная двухслойная структура будет обладать сверхпроводимостью. Это означает, что электрический ток может протекать с нулевой потерей энергии. Недавно та же группа исследователей доказала, что подобное сверхпроводящее состояние существует в “скрученном” трехслойном графене. Ученые пошли дальше и создали четырех- и пятислойные структуры, чтобы добиться надежной сверхпроводимости при низких температурах. И это им удалось. Результаты исследования они опубликовали в журнале Nature Materials. В статье ученые рассказывают, что им удалось создать целое “семейство” многослойных сверхпроводников, передает scitechdaily.com.
Это новое открытие может послужить основой для разработки сверхпроводников, работающих при комнатной температуре. Если бы свойства “скрученного” графена можно было воспроизвести в других, естественно проводящих материалах, их можно было бы использовать, например, для доставки электричества без потерь на рассеяние или для создания поездов на магнитной подушке, при движении которых не возникает трение.
Проводя исследование, ученые поставили перед собой задачу: увеличить количество графеновых слоев. Они изготовили две новые структуры, состоящие из 4-х и 5-и слоев графена. Каждая структура укладывалась поочередно, подобно сэндвичу. Затем структуры помещали в холодильник и хранили там при температуре -273 градусов по Цельсию, пропуская электрический ток через каждую структуру и измеряя выходной сигнал в различных условиях.
В итоге, и четырехслойный, и пятислойный скрученный графен продемонстрировали устойчивую сверхпроводимость. Структуры также имели другие сходства со своими трехслойными аналогами, такие как их реакция на магнитное поле различной силы, угла и ориентации.
Эксперименты показали, что скрученные графеновые структуры можно рассматривать как новый класс сверхпроводящих материалов. Также в ходе тестов выяснилось, что первоначальная скрученная двухслойная структура, хотя и имеет общие ключевые свойства, с другими структурами “семейства”, но в то же время обладает некоторыми отличиями. Например, у двухслойной структуры, по сравнению с ее многослойными “собратьями”, сверхпроводимость нарушается при более слабых магнитных полях и становится более неравномерной при вращении поля.
Ученые создали компьютерные модели каждого типа структур, чтобы понять, почему они отличаются друг от друга. Они пришли к выводу, что сверхпроводимость скрученного двухслойного графена исчезает при определенных магнитных условиях, потому что все его физические слои существуют в “незеркальной” форме внутри структуры. Иными словами, в структуре нет двух слоев, которые были бы зеркально противоположны друг другу, тогда как многослойные структуры графена демонстрируют своего рода зеркальную симметрию. Эти результаты показывают, что механизм, приводящий электроны в стабильное сверхпроводящее состояние, одинаков для всех представителей “семейства”.
