Графен, представляющий собой одномерный углеродный слой, продолжает поражать учёных своими уникальными свойствами. При нахождении двух листов графена под небольшим углом относительно друг друга формируется так называемый скрученный двухслойный графен, который создаёт множество необычных эффектов, включая сверхпроводимость.
Учёные из Корнеллского университета смогли продвинуться в разгадывании механизма сверхпроводимости этого материала, точно определив максимальную температуру, при которой она достигается, в 60 Кельвинов. Это открытие, которое отличает математическая точность, является редким для этой области исследований и стимулирует новые идеи о том, какие факторы определяют сверхпроводимость.
«Смотрев в будущее, это достижение открывает дверь к пониманию того, какие параметры стоит регулировать и настраивать для укрепления сверхпроводимости в этих двумерных структурах», — отметил Дебанджан Чоудхури, доцент кафедры физики им. Джойса А. Йеленчича Розевера и Фредерика М. Розевера в Колледже искусств и наук (A&S).
Чоудхури стал соавтором исследования «Low-Energy Optical Sum-Rule in Moiré Graphene», опубликованного в Physical Review Letters.
«Устанавливая два слоя графена под углом в 1,1 градуса, — так называемым магическим углом, — можно наблюдать впечатляющие явления. Одно из них демонстрирует, что простое изменение электрического поля позволяет преобразовать скрученный двухслойный графен в сверхпроводник или изолятор с совершенно разными электрическими характеристиками», — поведал Чоудхури.
В 2023 году Чоудхури и его коллега Дэн Мао разработали новую теоретическую модель для вычисления максимально достижимой температуры сверхпроводящего перехода, применимую к любым двумерным материалам, образованным путём складывания и скручивания. Они использовали её для анализа скрученного двухслойного графена в текущем исследовании.
«В 2023 году были разработаны эти точные выражения, которые ранее можно было лишь оценивать приблизительно. В нашем исследовании мы постарались выполнить точные расчёты в более реалистичной модели скрученного двухслойного графена, что привело к новому пониманию факторов, управляющих сверхпроводимостью», — отметил Мендес-Вальдеррама, соавтор исследования, который ныне работает в Принстонском университете.
Сверхпроводимость — это явление, при котором электроны могут двигаться через материал без потерь энергии. На данный момент её можно достичь лишь при очень низких температурах. Скрученный двухслойный графен уникален тем, что движение каждого электрона строго скоординировано с другими, а переходная температура материала относительно высока относительно его энергетических масштабов.
«Одной из примечательных характеристик скрученного двухслойного графена является возможность его настройки. Вы получаете беспрецедентный контроль над температурой и углом скручивания — минимальные электрические поля позволяют перевести материал из изолятора в сверхпроводящее состояние, что даёт возможность исследовать различные увлекательные режимы», — подчеркнул Чоудхури.
Разработанная теоретическая основа может быть применена и к другим материалам в будущем. «Мы рассматриваем другие перспективные комбинации материалов за пределами скрученного двухслойного графена, чтобы выявить возможных сверхпроводников при более высоких температурах, а также стремимся расширить эти идеи на другие оптоэлектронные свойства, которые можно исследовать экспериментально», — заявил Мао.
Источник: iXBT
