Учені винайшли новий вид графену — скручений і надпровідний

У 2018 році вчені Массачусетського технологічного інституту виявили, що якщо два шари графену накласти один на одного під певним, так званим "магічним" кутом, то отримана в результаті скручена двошарова структура матиме надпровідність. Це означає, що електричний струм може протікати з нульовою втратою енергії. Нещодавно та ж група дослідників довела, що подібний надпровідний стан існує в "скрученому" тришаровому графені. Вчені пішли далі та створили чотири- й п'ятишарові структури, щоб досягти надійної надпровідності за низьких температур. І це їм удалося. Результати дослідження вони опублікували в журналі Nature Materials. У статті вчені розповідають, що їм вдалося створити цілу "родину" багатошарових надпровідників, повідомляє scitechdaily.com.

Це нове відкриття може бути основою для розробки надпровідників, що працюють при кімнатній температурі. Якби властивості "скрученого" графену можна було відтворити в інших, природно провідних матеріалах, їх можна було б використовувати, наприклад, для доставки електрики без втрат на розсіювання або для створення поїздів на магнітній подушці, під час руху яких не виникає тертя.

Проводячи дослідження, вчені поставили собі завдання: збільшити кількість графенових шарів. Вони виготовили дві нові структури, що складаються з 4-х і 5-ти шарів графену. Кожну структуру вкладали почергово, подібно до сендвіча. Потім структури поміщали в холодильник і зберігали там за температури -273 градусів за Цельсієм, пропускаючи електричний струм через кожну структуру та вимірюючи вихідний сигнал у різних умовах.

У результаті і чотиришаровий, і п'ятишаровий скручений графен продемонстрували стійку надпровідність. Структури також мали інші подібності зі своїми тришаровими аналогами, такі як їхня реакція на магнітне поле різної сили, кута й орієнтації.

Експерименти показали, що скручені графенові структури можна розглядати як новий клас надпровідних матеріалів. Також у ході тестів з'ясувалося, що початкова скручена двошарова структура хоча й має спільні ключові властивості з іншими структурами "родини", але водночас має деякі відмінності. Наприклад, у двошарової структури, порівняно з її багатошаровими "побратимами", надпровідність порушується при слабкіших магнітних полях і стає нерівномірнішою при обертанні поля.

Учені створили комп'ютерні моделі кожного типу структур, щоб зрозуміти, чому вони відрізняються одна від одної. Вони дійшли висновку, що надпровідність скрученого двошарового графену зникає за певних магнітних умов, тому що всі його фізичні шари існують у "недзеркальній" формі всередині структури. Інакше кажучи, у структурі немає двох верств, які б дзеркально протилежні одне одному, тоді як багатошарові структури графена демонструють свого роду дзеркальну симетрію. Ці результати показують, що механізм, що переводить електрони в стабільний надпровідний стан, однаковий для всіх представників "родини".

Раніше ми повідомляли про те, що створено сенсор із графену, здатний відстежувати кров'яний тиск у 10 разів довше, ніж будь-які відомі датчики. Пристрій має вигляд липкої стрічки та клеїться на шкіру.