Mágikus grafénháló lehet a szupravezetés kulcsa

A grafén egy szénből alkotott, egy atom vastagságú anyag, amelyben a szénatomok csirkehálóhoz hasonló szerkezetben hatszögekben kapcsolódnak. Az anyagot 2004-ben fedezte fel Andre Geim és Konstantin Novoselov, akik 2010-ben Nobel-díjat is kaptak érte, a grafén ugyanis különös és jövőbe mutató tulajdonságokkal rendelkezik, amellett hogy a legerősebb ismert anyag, az elektromosságot ellenállás és felmelegedés nélkül vezető anyagok, vagyis szupravezetők létrehozásában is nagy szerepe lehet.

A Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) kutatói is egy ilyen anyagon dolgoznak, és komoly előrelépésről számoltak be. A szakemberek először 2018-ban adtak hírt felfedezésükről, amelyben két réteg grafén között energiaveszteség nélkül haladt át az áram, ha a két réteg egy nagyon konkrét „mágikus” szöget zárt be egymáshoz képest.

A csapat a munkát folytatva sikeresen épített előbb három, majd legutóbb négy és öt rétegből álló grafénszendvicseket, amelyekben a megfelelő szögbe állítva megmaradtak a szupravezető tulajdonságok. 

Az először felfedezett moaré szuperrács rétegeit 1,1 fokkal fordították el egymáshoz képest, és az anyagban az elektronok egy „lapos sávba” álltak, vagyis ultrahideg hőmérsékleten azonos energiaállapotba kerültek, és eléggé lelassultak ahhoz, hogy a szupravezetés alapjelenségeként úgynevezett Cooper-párokat alkossanak. A grafénrétegeket azonban nem lehetett csak úgy egymásra dobálni. A kutatásba a Harvard matematikusai segítettek be, akik kiszámították, hogy három réteg esetén 1,6 fokos a mágikus szög, és bizonyították, hogy ennél többrétegű struktúra is építhető, ahol megjelenik a lapos sáv és a szupravezetés.

A laboratóriumban megépített négy- és ötrétegű konstrukciók igazolták az elméletet és azt is, hogy ugyanaz a mechanizmus áll a jelenség mögött.

A kutatók szerint a különleges grafénszerkezetek az anyagok egy olyan családját jelentik, amelyekből más vezető anyagok felhasználásával robusztus, szobahőmérsékleten működő szupravezetők építhetők, amelyeket suhanó mágnesvasutakban vagy fúziós reaktorokban használhatnak fel a jövőben.

(MIT News)