МОСКВА, 15 июля. /ТАСС/. Американские и японские физики выяснили, что недавно открытые сверхпроводящие свойства у двух наложенных друг на друга кусочков графена можно стабилизировать, если соединить их листы с еще одним плоским материалом – диселенидом вольфрама. Благодаря этому ученые смогут узнать механизмы возникновения сверхпроводимости в графене, пишут исследователи в научном журнале Nature.
"Эти опыты ставят под сомнение то, что некоторые необычные свойства "муарового" графена указывают на существование пока неизвестной нам формы сверхпроводимости. Напротив, теперь эти свойства можно легко объяснить с помощью классической теории сверхпроводимости или особых проявлений ферромагнетизма, которые связаны с квантовым эффектом Холла", – прокомментировал открытие один из авторов работы профессор Вюрцбургского университета (Германия) Ронни Томале (Ronny Thomale).
Графен – одиночный слой атомов углерода, которые соединены между собой структурой химических связей, похожих на пчелиные соты. За получение и изучение первых образцов графена выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм в 2010 году получили Нобелевскую премию по физике.
Два года назад физики из Массачусетского технологического института (MIT) случайно превратили графен в экзотический "изоляторо-сверхпроводник", склеив два кусочка этого материала под определенным углом 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 из-за поворота одного из листов графена на определенный угол носители тока начинают двигаться без потерь энергии, подобно парам электронов в сверхпроводниках. При небольших отклонениях от этого угла из-за взаимодействий электронов возникает непреодолимый барьер для других частиц. Вещества, в которых такое происходит, физики называют "изоляторами Мотта".
Нестабильный графеновый "бутерброд"
Такая особенность делает подобные материалы нестабильными, что мешает ученым изучать их. Дело в том, что любые малейшие касания и деформации уничтожают сверхпроводимость или радикальным образом меняют свойства подобной "слойки" из графена.
Физики из США и Японии под руководством доцента Калифорнийского технологического института в Пасадене (США) Стевана Надя-Перде (Stevan Nadj-Perde) решили эту проблему, добавив к такому "бутерброду" из углеродного наноматериала дополнительный слой.
В прошлом физики уже пытались стабилизировать муаровый графен, присоединяя его к подложке из золота или нитрида бора. Подобный прием действительно работал, однако все сверхпроводящие свойства материала при этом исчезали.
Надь-Перде и его коллеги выяснили, что подобных проблем можно избежать, если вставить между нитридом бора и муаровым графеном прослойку из диселенида вольфрама, еще одного плоского материала. В таком случае, как показали их наблюдения, происходит нечто обратное – "бутерброд" из графена почти полностью теряет свои изолирующие свойства, а его сверхпроводящие свойства продолжают существовать даже при относительно больших отклонениях от "магического" угла.
Как предполагают ученые, это связано с тем, что диселенид вольфрама – сильный диэлектрик и при этом решетка его атомов ни по размерам, ни по структуре не совпадает со структурой графена. Однако для нитрида бора, устроенного почти так же, как и графен, это не характерно, что непредсказуемым образом влияет на распределение электронов внутри листов графена.
"Создание этого материала стало огромным шагом вперед в изучении сверхпроводимости. В прошлом попытки измерить свойства разных образцов муарового графена приводили к очень разным результатам, и ученые не могли воспроизводить итоги экспериментов. Теперь же мы близки к началу новой эры в физике, связанной с открытием материалов, электронными и квантовыми свойствами которых можно будет гибко управлять", – подытожил Томале.