. Российско-германские физики выяснили, что графен можно превратить в сверхпроводник, склеив два листа «нобелевского углерода» и вставив в них определенные чужеродные атомы. Их выводы и первые результаты опытов с подобными материалами были представлены в журнале Science Advances.
«Двойные листы графена давно привлекают интерес ученых, так как все мы считали, что они представляют собой полупроводник с ненулевой запрещенной зоной. Высокое разрешение ускорителя BESSY II позволило нам открыть особую плоскую энергетическую зону, которую раньше никто не замечал», — рассказывает Андрей Варыхалов из Центра Гельмгольца в Берлине (Германия).
Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой структурой химических связей, напоминающих по своей геометрии структуру пчелиных сот. За создание графена, обладающего уникальными физико-химическими свойствами, работающие в Великобритании выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм получили Нобелевскую премию 2010 года по физике.
Не все уникальные свойства графена оказались полезными — к примеру, неожиданным образом оказалось, что графен крайне тяжело превратить в полупроводник, что делает его малопригодным для изготовления электронных приборов, солнечных батарей, лазеров и источников света. Кроме того, графен нельзя растягивать из-за очень высокой хрупкости.
Многие эти проблемы ученые пытаются решить, используя не однослойные, а двухслойные или многослойные «бутерброды» из листов графена. Подобные структуры конструкции иногда имеют крайне необычные свойства. К примеру, полгода назад физики из MIT совершенно случайно создали экзотический «изоляторо-сверхпроводник», склеив под определенным углом два кусочка графена.
Подобные конструкции, как отмечает Варыхалов, можно производить только вручную, что не позволяет использовать «закрученный» графен в качестве основы для будущих высокотемпературных сверхпроводников.
Российско-немецкие физики обнаружили, что подобные манипуляции с листами графена проводить совсем не обязательно для появления внутри них «плоских» энергетических зон, своеобразных квантовых воронок, необходимых для их превращения в сверхпроводник.
Изучая свойства и движение электронов в подобных «бутербродах» из графена при помощи ускорителя частиц, Варыхалов и его команда заметили, что подобные воронки в них возникали даже в тех случаях, если пленки из «нобелевского углерода» не были повернуты на магический угол в 1,1 градуса.
Само по себе это открытие не позволяет создать «комнатный» сверхпроводник, однако его уже сейчас можно использовать для создания транзисторов, почти лишенных токов утечки, от чего страдают однослойные конструкции такого рода.
Вдобавок, дальнейшие опыты авторов статьи показали, что эта плоская энергетическая зона находится относительно близко к тем энергиям, на которых электроны будут двигаться без потери энергии.
Соответственно, добавление небольшого числа примесей на один из листов графена, а также его искривление, превратит подобный «бутерброд» в сверхпроводник. Дальнейшие опыты с графеном, как надеются ученые, помогут им реализовать эту идею уже в ближайшее время.
