 Графен представляет собой лист углерода толщиной в один атом с гексагональной сотовой сетью. Электроны в графене имеют особое электронное состояние под названием «конус Дирака», где они ведут себя так, как будто они не имеют массы. Это позволяет им течь на очень высокой скорости, давая графену очень высокий уровень электропроводности.
Это особенность является важной, поскольку электроны, не имеющие массы, протекающие без сопротивления в графене, могут привести к реализации наноэлектронных устройств с предельно высокой скоростью.
Совместная команда Университета Тохоку и Токийского университета разработала метод выращивания высококачественного графена на кристалле карбида кремния, контролируя количество графеновых листов. Исследователи изготовили биграфен с помощью этого метода, а затем вставили атомы кальция между двумя слоями графена в виде бутерброда.
Они измерили электрическую проводимость с помощью микрозондового метода четырех пунктов и обнаружили, что удельное электрическое сопротивление резко упало при температуре в 4К (-269° C), что свидетельствует об возникновении сверхпроводимости.
Исследователи также обнаружили, что ни подлинной биграфена, ни литий-интеркалированного биграфена не показывают сверхпроводимость, указывая, что сверхпроводимость обусловлена переносом электронов от атомов кальция графеновыми листами.
Успех в изготовлении сверхпроводящего графена, как ожидается, в значительной степени повлияет на фундаментальные и прикладные исследования по графену.
В настоящее время неизвестно, какое явление происходит, когда электроны Дирака, не имеющие массы, становятся сверхпроводящими без сопротивления. Но, основываясь на последних результатах исследований, дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования помогут разгадать свойства сверхпроводящего графена.
Температура сверхпроводящего перехода, наблюдаемого в представленном исследовании на интеркалированном кальцием биграфене остается низкой (4 К). Это побуждает к дальнейшим исследования в пути увеличения температуры сверхпроводящего перехода - например, путем замены кальция другими металлами и сплавами, или изменением количества графеновых листов.
С точки зрения приложений, последние результаты прокладывает путь для дальнейшего развития сверхскоростных сверхпроводящих нано устройств, таких как квантово-вычислительные устройства, в которых используется сверхпроводящий графен в интегральной схеме.
|
