Исследователи использовали PCCO для развязывания сверхпроводимости графена
Исследователи из Кембриджского университета недавно разработали сверхпроводник на основе графена без изменения материала.
Графен представляет собой сотообразную решетку, состоящую из слоя атомов углерода с одним атомом. Это самый тонкий, самый легкий и самый сильный материал и обладает чрезвычайно высокой электрической и теплопроводностью. В последнее время исследователи пытаются добавить сверхпроводимость к своему уникальному набору свойств.
Как происходит сверхпроводимость "// ocw.mit.edu/courses/nuclear-engineering/22-68j-superconducting -magnets-spring-2003/lecture-notes/lec6rev_3apr03_1.pdf" target = "_ blank"> PDF), были обнаружены почти 100 лет назад. С другой стороны, высокотемпературные сверхпроводники, которые имеют температуру перехода около -135 градусов Цельсия, не были обнаружены примерно до 30 лет назад
Низкотемпературный сверхпроводник с использованием жидкого азота. Фото предоставлено Camilla Hoel (CC BY-SA 2.0)
В металле электроны движутся самостоятельно, отталкиваясь и сталкиваясь друг с другом. Однако в сверхпроводнике они перемещаются парами и движутся более плавно. Сухитра Себастьян, прикладной физик из Кембриджского университета, предполагает, что в сверхпроводниках электроны движутся по дорожкам. Сегодня ученые более глубоко понимают низкотемпературные сверхпроводники. Они знают, что кристаллическая структура этих материалов заставляет электроны перемещаться парами.
Применение сверхпроводников
Магнитная левитация является одним из наиболее известных применений сверхпроводящего материала, в котором сильные сверхпроводящие магниты используются для создания транспортного средства, такого как поезд, поплавка в воздухе и движение на чрезвычайно высоких скоростях. В апреле 2015 года испытательная машина MLX01 достигла невероятной скорости 603 км / ч.
Медицинское применение сверхпроводников - магнитно-резонансная томография (МРТ) и СКВИД. Последний может использоваться для изучения определенных глубин тела без применения сильного магнитного поля, подобного магнитно-резонансной томографии. Еще одним интересным применением этой технологии являются электрогенераторы на сверхпроводниках, которые, по оценкам, имеют мировой рынок в 20-30 миллиардов долларов в следующем десятилетии.
Компьютеры Petaflop, сверхвысокоэффективные фильтры, очень низкочастотные антенны и электронные бомбы - всего лишь несколько других применений этой технологии, которые в противном случае невозможно. Сверхпроводимость наблюдалась в графите много лет назад, и даже до экспериментальной проверки ученые полагали, что включение правильных добавок должно привести к сверхпроводимости в графене.
Сверхпроводимость графена с литий-покрытием
Менее двух лет назад исследователи включили атомы лития, чтобы сделать первый графен-сверхпроводник в мире. Международная исследовательская группа создала графеновые листы и покрыла их атомами лития.
Андреа Дамаскелли, директор Института квантовой материи Университета Британской Колумбии в Ванкувере, который участвовал в этом исследовании, отметил, что способ подготовки образцов является ключевым фактором. До этого несколько других групп пытались создать сверхпроводящий лифтинг-покрытый графен; однако они всегда сталкивались с источниками нестабильности, которые делали успех неуловимым.
Дамаскелли и его коллеги экспериментировали в условиях сверхвысокого вакуума около минус 268 градусов по Цельсию.
Атомы кальция, покрытые графеновыми листами
Почти год назад исследователи из Университета Тохоку и Токийского университета установили атомы кальция между листами графена, которые выращивались на кристалле карбида кремния. Они достигли сверхпроводимости при -269 градусов по Цельсию.
Представление разработанного материала. Изображение предоставлено Университетом Тохоку
Очевидно, что эти сверхнизкие температуры не подходят для таких применений, как линии электропередач на сверхпроводнике. Однако, согласно Университету Тохоку, эти исследования прокладывают путь для сверхвысоких сверхпроводящих наноустройств, которые могут быть использованы в квантовых вычислениях.
PCCO развязывает сверхпроводимость графена
Хотя вышеупомянутые эксперименты опирались на допинг графена для достижения сверхпроводника, исследователи из Кембриджского университета недавно разработали сверхпроводник на основе графена без изменения материала.
Джейсон Робинсон, участвующий в проекте, отмечает, что, по-видимому, исследование достигло редкого типа сверхпроводимости, называемого p-волновым состоянием. Однако он добавляет, что для подтверждения этого необходимы дальнейшие эксперименты.
По словам Анджело ди Бернардо, методы, которые помещают графен на другие материалы, меняют его свойства. С другой стороны, несмотря на то, что они достигают сверхпроводимости, это не обязательно графен, а просто переход от лежащего сверхпроводника.
Кембриджская команда включает материал, называемый медь-оксид празеодиума церия (PCCO), для пробуждения неактивной сверхпроводимости графена. В то время как эксперимент может выглядеть как предыдущий, где требуется второй материал для достижения сверхпроводимости, новый метод сильно отличается от предыдущих методов. В этом недавнем эксперименте достигнутая сверхпроводимость четко отличается от достигнутой сверхпроводящей способности добавленного материала, то есть PCCO. В PCCO электронные пары находятся в состоянии, называемом d-волной; однако спиновое состояние электронных пар в новом сверхпроводнике наблюдалось как р-волна, являющаяся редким и еще непроверенным типом сверхпроводимости, впервые предложенным японскими исследователями в 1994 году.
Согласно Робинсону, сверхпроводимость была не от PCCO, а PCCO просто требовалась для развязывания собственной сверхпроводимости графена.
Эксперимент имеет большое значение, поскольку он может доказать, что неуловимая р-волновая сверхпроводимость действительно существует и, следовательно, дает исследователям возможность правильно исследовать этот тип сверхпроводимости. При лучшем понимании р-волновой сверхпроводимости исследователи могут найти совершенно новый спектр сверхпроводников.
Использование для сверхпроводящего графена
Сверхпроводящий графен не может быть хорошим выбором для разработки более эффективных линий электропередач, но исследователи полагают, что он подходит для таких приложений, как SQUID (сверхпроводящие устройства с квантовыми помехами). СКВИДЫ, которые способны воспринимать изменение магнитного поля в миллиард раз слабее, чем сила, которая перемещает иглу на компасе, могут сканировать мозговые действия с большой точностью.
Дамаскелли считает, что сверхпроводники на основе графена могут привести к 100-кратному увеличению чувствительности, которые в настоящее время достижимы.
К сожалению, существует много загадочных неизвестных о том, как достигается сверхпроводимость в целом, особенно в материалах на основе графена. Однако все эти усилия, похоже, весьма полезны, и многие исследовательские группы заинтригованы, чтобы открыть эту территорию.
Подробности этого исследования опубликованы в Nature Communications.