ТАСС, 1 февраля. Американские ученые создали трехслойную структуру из "муарового" графена, чьими сверхпроводящими свойствами можно гибко управлять. Это открывает дорогу для поисков "комнатных" сверхпроводников на базе подобных материалов, сообщила в понедельник пресс-служба Массачусетского технологического института (MIT) со ссылкой на статью в журнале Nature.
"Наши опыты показали, что трехслойный "муаровый" графен представляет собой пока самый сильный связный сверхпроводник. Это означает, что он может проводить ток без потерь при относительно высоких температурах, учитывая то, как мало электронов участвуют в этом процессе. Это максимально повышает эффективность передачи тока", - заявил профессор MIT Пабло Харилло-Эрреро, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой структурой химических связей, напоминающих по своей геометрии структуру пчелиных сот. Нобелевская премия 2010 года по физике была присуждена Константину Новоселову и Андрею Гейму, выходцам из России, работающим в Великобритании, за получение и изучение первых образцов графена.
Последующие опыты показали, что одиночные листы графена, а также многослойные конструкции из этого двумерного материала и ряда других веществ с похожей структурой обладают целым рядом экзотических свойств. К примеру, два года назад Харилло-Эрреро и его коллеги случайно превратили графен в экзотический изоляторо-сверхпроводник, склеив два кусочка этого материала под определенным углом (1,1 градуса) и получив своего рода муаровый узор.
При таком положении листов графена атомы углерода начинают сильно влиять на то, как движутся электроны внутри всей этой конструкции. Благодаря этому поворот одного из листов графена на определенный "магический" угол заставляет носители тока двигаться без потерь энергии, подобно парам электронов в сверхпроводниках. При небольших отклонениях от этого угла взаимодействия электронов порождают непреодолимый барьер для других частиц, который физики называют изолятором Мотта.
На пути к "комнатной" сверхпроводимости
Открытие подобных свойств у двуслойного графена, как отмечает профессор Харилло-Эрреро, заставило ученых активно изучать другие "муаровые" конструкции из графена и прочих двумерных материалов в надежде открыть новые формы сверхпроводников. К примеру, недавно теоретики предсказали, что аналогичными свойствами будет обладать трехслойный "муаровый" графен, один из слоев которого повернут относительно других на 1,56 градуса.
Подобное предложение привлекло внимание физиков из MIT по одной простой причине - свойствами подобного материала можно гибко управлять, если пропускать ток через один из трех слоев графена. Руководствуясь подобными соображениями, исследователи подготовили несколько "бутербродов" из графена и изучили их свойства, охладив их до температуры в три градуса Кельвина (минус 270 градусов Цельсия).
К их удивлению, предсказания теоретиков подтвердились - подобная конструкция действительно проводила ток без потерь при охлаждении до почти абсолютного нуля, причем температуру ее перехода в сверхпроводящее состояние можно было контролировать, меняя напряжение на третьем слое графена.
Другое необычное и интересное свойство этого материала заключалось в том, что "муаровый" графен, если сравнивать его с алюминием и другими подобными материалами, переходил в сверхпроводящее состояние при относительно высоких температурах, несмотря на низкую плотность электронов внутри него. Это дает надежду на открытие других материалов и форм многослойного графена, которые будут проявлять сверхпроводящие свойства при комнатных температурах и давлениях.
В частности, профессор Харилло-Эрреро и его коллеги планируют в ближайшее время изучить то, обладают ли сверхпроводящими свойствами еще более сложные конструкции из четырех и более листов графена, в которых плотность электронов будет гораздо выше. Как надеются ученые, эти эксперименты дадут первые четкие представления о том, как и когда человечество сможет достичь полноценной "комнатной" сверхпроводимости.