Усукан графен показва потенциал като неконвенционален свръхпроводник

Vanya Mileva Последна промяна на 10 ноември 2025 в 00:00 137 0

Абстрактна компютърна илюстрация, показваща множество слоеве от материал в жълто, лилаво и синьо

Кредит Pablo Jarillo-Herrero, et al
Илюстрация, представяща 2 слоя трислоен графен, усукан под магически ъгъл (жълт).

Физици са наблюдавали неконвенционални свръхпроводящи свойства в трислоен графен, усукан под "магически ъгъл", което доближава учените с една стъпка по-близо до откриването на свръхпроводници, които могат да работят при стайна температура.

Свръхпроводниците нямат електрическо съпротивление, което означава, че могат да провеждат електричество, без да губят енергия под формата на топлина, което ги прави изключително ефективни.

Но е доказано, че конвенционалните свръхпроводници работят само при изключително ниски температури. Неконвенционалните свръхпроводници, работещи при стайна температура, биха позволили на технологиите, от ЯМР апарати до ускорители на частици и квантови мрежи, да работят по-ефективно.

Материалът, наречен MATTG, се произвежда чрез подреждане на 3 тънки 1 атом листа графен заедно и усукването им под "магически ъгъл". Предишни изследвания на MATTG показват, че той има потенциал да бъде свръхпроводящ, но новото изследване, публикувано в Science, е първото, което го потвърждава директно.

Изследователите правят това, измервайки свръхпроводящата празнина на материала, което описва колко стабилно е свръхпроводящото състояние на материала при дадени температури.

Свръхпроводяща празнина еенергийната празнина, която се образува в свръхпроводник при или под критичната му температура, което представлява минималната енергия, необходима за разкъсване на електронните двойки (куперовите двойки), които осигуряват свръхпроводимостта. Тази празнина е фундаментално свойство на свръхпроводниците и размерът ѝ е максимален при абсолютната нула (0 K) и се свива с повишаване на температурата, изчезвайки напълно при критичната температура (Tc). 

"Когато един материал стане свръхпроводящ, електроните се движат заедно по двойки, а не поотделно, и има енергийна празнина, която отразява как са свързани", обяснява Джонг Мин Парк (Jeong Min Park), съавтор на изследването от Масачузетския технологичен институт (MIT) и Принстънския университет в САЩ.

"Формата и симетрията на тази празнина ни разказват за основната природа на свръхпроводимостта."

Профилът на празнината е отчетливо различен от този на типичен свръхпроводник.

"Има много различни механизми, които могат да доведат до свръхпроводимост в материалите", отбелязва Шууен Сун (Shuwen Sun), другият съавтор на изследването от MIT.

"Свръхпроводящата празнина ни дава представа какъв механизъм може да доведе до неща като свръхпроводници при стайна температура, които в крайна сметка ще бъдат от полза за човешкото общество."

Изследователите измерват свръхпроводящата празнина, използвайки нов експериментален метод, който включва "тунелиране" на електрони между 2 слоя от трислойния графен, усукани под магически ъгъл. След като изпращат ток през MATTG, екипът проследява как се променя празнината при различни температури и магнитни полета.

Докато електроните преминават през свръхпроводници, те се сдвояват с други електрони в куперовски двойки. Тези двойки позволяват на електрона да се движи през материала без съпротивление и предотвратяват сблъсъка им един в друг и отлитането им като загуба на енергия.

"В конвенционалните свръхпроводници електроните в тези двойки са много далеч един от друг и слабо свързани", разказва Парк.

"Но в графена с магически ъгъл вече можехме да видим признаци, че тези двойки са много тясно свързани, почти като молекула. ​​Разбрахме, че има нещо много различно в този материал."

Докато конвенционалните свръхпроводници имат постоянен, плосък профил на празнината, изследователите откриват, че празнината за техия графенов материал е V-образна. Именно този уникален профил, предполагат авторите, предоставя доказателство, че материалът е неконвенционален свръхпроводник, отваряйки вратата към свръхпроводници при стайна температура.

Изследователите са уверени, че ако изучат добре един неконвенционален свръхпроводник, това може да им даде тласък на разбирането на останалите. Това познание може да ги насочи към проектирането на свръхпроводници, които работят при стайна температура например, което е нещо като Светият Граал на цялата област.

В конвенционалните свръхпроводници електроните се сдвояват чрез вибрациите на решетъчната структура на материала. Авторите обаче подозират, че този процес протича по различен начин в техните усукани листове графен.

"За тази система от графен, усукан под магически ъглов, има теории, обясняващи, че сдвояването вероятно възниква от силни електронни взаимодействия, а не от вибрации на решетката", обяснява Парк.

"Това означава, че самите електрони си помагат взаимно да се сдвоят, образувайки свръхпроводящо състояние със специална симетрия."

Екипът сега насочва вниманието си към тестване на други 2D усукани структури и материали с новия си метод.

"Този ​​директен поглед може да разкрие как електроните се сдвояват и конкурират с други състояния, проправяйки пътя за проектиране и контрол на нови свръхпроводници и квантови материали, които един ден биха могли да захранват по-ефективни технологии или квантови компютри", коментира Парк.

"Това ни позволява както да идентифицираме, така и да изучаваме основните електронни структури на свръхпроводимостта и други квантови фази, докато те се случват, в рамките на една и съща проба."

Справка: Pablo Jarillo-Herrero et al, Experimental evidence for nodal superconducting gap in moiré graphene, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adv8376. www.science.org/doi/10.1126/science.adv8376

Източник: Physicists observe key evidence of unconventional superconductivity in magic-angle graphene, Massachusetts Institute of Technology

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !