Графен готовится к сверхпроводимости

Атомы углерода могут формировать связи самыми разными способами. Чистый углерод может встречаться в разных формах, включая алмаз, графит, нанотрубки, молекулы в форме футбольного мяча или сотовую сетку с шестиугольными клетками, известную как графен. Этот экзотический, строго двумерный материал прекрасно проводит электричество, но сверхпроводником не является. Возможно, в скором времени это изменится.

Ученые из исследовательского центра BESSY II могут сканировать так называемую полосовую структуру образца. Эта полосовая структура предоставляет информацию о том, как переносчики заряда распределяются в квантовомеханически разрешенных состояниях и какие переносчики заряда вообще доступны для транспорта. Фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением (ARPES) в BESSY II позволяет делать такие измерения с чрезвычайно высоким разрешением.

Сверхпроводниковый графен

С помощью точного анализа полосовой структуры ученые определили область, которую не видели ранее. «Двойной слой графена изучался и ранее, потому что это полупроводник с запрещенной зоной (band gap)», объясняет ученый Андрей Варихалов. «Но инструмент ARPES в BESSY II обладает достаточно высоким разрешением, чтобы увидеть плоскую область рядом с запрещенной зоной».

Эта плоская зона является предпосылкой для сверхпроводимости, но только если она будет соответствовать так называемой энергии Ферми. В случае с двухслойным графеном, его уровень энергии всего на 200 миллиэлектронвольт ниже энергии Ферми, но уровень энергии плоской области можно повысить до энергии Ферми за счет легирования чужеродными атомами или подачи внешнего напряжения, так называемого напряжения затвора.

Возможно, физики найдут способ превратить этот чудо-материал в сверхпроводник. А если повезет, то и в сверхпроводник, работающий при комнатной температуре.

Все гениальное просто, не так ли? Расскажите в нашем чате в Телеграме.