Sudut "sihir" menjadikan graphene sebagai superkonduktor

Putaran kecil dua kisi graphene mengubah sifat-sifat elektrik bahan

Transformasi ajaib: Sudut "sihir" di antara dua jaring graphene mengubah bahan keajaiban menjadi superkonduktor yang boleh dihidupkan dan dimatikan. © Rost-9D / iStock
membaca dengan kuat

"Magical" Rotation: Sifat-sifat elektrik graphene dapat diubah sepenuhnya dengan cara yang mengejutkan dengan mudah, seperti yang ditemui penyelidik. Jadi cukup untuk meletakkan dua jaring karbon ini sedikit berputar di atas satu sama lain untuk membuat bahan yang biasanya konduktif kepada penebat. Sebaliknya, apabila voltan digunakan, graphene menjadi superconducting - rintangan elektriknya hilang sepenuhnya, seperti yang dilaporkan penyelidik dalam jurnal Nature.

Graphene telah lama dianggap sebagai bahan keajaiban yang benar. Kerana rangkaian atom karbon nipis lebih keras daripada keluli dan lagi fleksibel, mempunyai keupayaan untuk mengatur sendiri dan mempunyai kekonduksian elektrik yang tinggi. Malah superkonduktor boleh menjadi graphene-contohnya, dengan menggabungkannya dengan superkonduktor logam.

Putaran menjadikan grafik tidak konduktif

Tapi ternyata Graphene dapat berbuat lebih banyak. Kerana ia boleh dilakukan dengan cara yang luar biasa mudah sama ada penebat atau superkonduktor. Yuan Cao dari Institut Teknologi Massachusetts (MIT) di Cambridge dan rakan-rakannya mencapai ini dengan meletakkan dua lapisan lapisan atom satu lapisan karbon tebal di atas satu sama lain.

Silap mata di sini: Dua lapisan graphene dipintal oleh sedikit kecil terhadap satu sama lain. Sudut "sihir" betul-betul 1.1 darjah, seperti yang dilaporkan penyelidik. Pada sudut ini, kisi-kisi graphene membentuk sejenis pola moiré yang membawa kepada interaksi luar biasa antara elektron atom karbon. Akibatnya, bahan itu bertindak seperti penebat Mott yang dipanggil - bahan yang tidak lagi menjalankan elektrik walaupun band elektron separuh.

Grid graphene atom karbon biasanya konduktif elektrik. Tetapi jika anda meletakkan dua jaring tersebut di sudut tertentu di antara satu sama lain, ini akan berubah. A AlexanderAlUS / CC-by-sa 3.0

Perubahan berubah menjadi superkonduktor

Walau bagaimanapun, lebih menarik ialah: Grid grafik "ajaib" boleh bertukar tiba-tiba dari penebat kepada superconduktor yang menjalankan rintangan. Walau bagaimanapun, ia mencukupi untuk menggunakan voltan kecil ke lapisan graphene yang dipintal. "Oleh itu, graphene dipintal pada 'sudut sihir' adalah superkonduktor dua dimensi pertama yang dibuat sepenuhnya dari karbon, " kata Cao dan rakan-rakannya. paparan

Dalam keadaan superconductingnya, graphene mirip dengan superkonduktor luar biasa lain seperti cuprates. Bahan-bahan ini yang terdiri daripada sebatian tembaga kehilangan rintangan elektriknya dengan cara yang telah dijelaskan sebahagiannya. "Kami menganalisis superkonduktor suhu tinggi ini sehingga mereka keluar dan kami masih tidak dapat menjelaskannya, " kata pengarang kanan Pablo Jarillo-Herrero dari MIT.

Transistor yang diperbuat daripada graphene?

Sebaliknya dengan cuprates, bagaimanapun, graphene menjadi superkonduktor walaupun tanpa doping dengan atom asing. Jumlah ketegangan yang kecil cukup, yang menambahkan beberapa elektron tambahan ke jaring karbon berpintal. "Ketumpatan pembawa caj adalah beberapa pesanan magnitud yang lebih rendah daripada superkonduktor 2D biasa, " laporan penyelidik.

"Ini membolehkan kita menggunakan graphene sebagai platform baru untuk penyelidikan superconductivity yang tidak konvensional, " kata Jarillo-Herrero. "Pada masa akan datang, ia juga mungkin untuk menghasilkan transistor superconducting dari graphene, yang boleh dengan mudah dihidupkan dan dimatikan dari superconducting kepada penebat. Ini juga membuka banyak kemungkinan untuk peranti kuantum baru. "(Nature, 2018; doi: 10.1038 / nature26154; doi: 10.1038 / nature26160)

(Institut Teknologi Massachusetts, 06.03.2018 - NPO)