Kahekihilises "maagilise" nurga all pööratud grafeenis leiti elektrilise takistuse haruldane lineaarne sõltuvus temperatuurist absoluutse nulli lähedal. See omadus muudab kahekihilise grafeeni seotud ebatavalise ainete klassiga, mida nimetatakse kummalisteks metallideks. See hõlmab näiteks kupüüre, sealhulgas normaalrõhu ülijuhtivuse temperatuuri rekordi hoidjaid, aga ka rutenaate, piknikke ja mõnda muud materjali. Avastus kinnitab uue põhilise laengu- ja soojusülekandemehhanismi olemasolu sellistes ühendites, kirjutavad autorid ajakirjas Physical Review Letters.
Grafeen on süsiniku kahemõõtmeline allotroopne modifikatsioon, mis koosneb aatomitest, mis on paigutatud kuusnurkade kujul, ühendatud aatomi paksusega lehtedena. Grafeenil on palju ebaharilikke omadusi, mis on potentsiaalselt kasulikud teaduses ja tehnoloogias. Kuid teadlased jätkavad selle materjali uute ebaharilike omaduste avastamist.
Viimase kahe aasta üheks oluliseks avastuseks on olnud kahekihilise grafeeni ülijuhtivuse avastamine. Lehtede pööramine väikese nurga all loob perioodilise muarekujulise kuusnurkse ülivõre, mille periood on palju pikem kui grafeeni enda oma. Kui nurk võtab ühe "maagilise" väärtuse, millest väikseim on 1,1 kraadi lähedal, siis madalatel temperatuuridel läheb aine ülijuhtivasse olekusse. Üksikasjalikud uuringud on näidanud, et selline grafeen on mõne omaduse, eriti faasiskeemi, sarnane kuparaatidega - ühenditega, mille avastamisel ilmnes termin kõrgtemperatuuriline ülijuhtivus.
Pablo Jarillo-Herrero Massachusettsi tehnoloogiainstituudist ning tema kolleegid USA-st ja Jaapanist on avastanud veel ühe funktsiooni, mis muudab kahekihilise grafeeni pööratud kuratega sarnase "maagilise" nurga all: kummalise metalli faasi olemasolu, mille vastupidavus temperatuurile on lineaarselt lähedal absoluutne null. Sellist korrapärasust tavaliste metallide puhul ei täheldata, mille puhul pärast ülijuhtivusetappi reeglina suureneb takistus järsult. Pealegi puudub praegu selle nähtuse täielik teoreetiline seletus.
Pikka aega kirjeldas elektronide transporti metallides edukalt 1900. aastal formuleeritud Drude'i teooria, mis seob juhtivuse gaasiks peetavate elektronide tiheduse, nende massi ja ioonide hajutamise vahelise keskmise ajaga τ. Kvantkorrektsioonidega, mis asendasid tegelike osakeste massi laengukandjate tegeliku massiga ja ühendasid madalatel temperatuuridel hajutamise vahelise aja proportsionaalsusega τ ∼ T-2, kirjeldas see mudel edukalt enamikku eksperimentaalsetest andmetest kuni 1980. aastateni.
Kupraatide avastamine 1986. aastal näitas teooria piiratust, mis ei suutnud seletada kummalise metalli täheldatud faasi, mille vastupidavus temperatuurile sõltub lineaarselt. See käitumine viitab sellele, et hajumiste vaheline aeg on pöördvõrdeline temperatuuri esimese võimsusega ja mitte ruuduga, nagu Drude mudelis. Kummalise metalli faasi avastamine kahekihilistes grafeenides osutab täiendavalt vajadusele töötada välja uus teoreetiline lähenemisviis transpordinähtustele ja räägib sellise faasi võimalikkusest, mis eksisteerib paljudes erinevates süsteemides.
Kui arvutame kummalistes metallides hajumise vahelise aja Drude valemi abil (mis on teoreetiliselt valesti põhjendatud), saame avalduse τ = Cℏ ∕ kT, kus ℏ on Plancki konstant, T on temperatuur, k on Boltzmanni konstant ja C on arvväärtus. proportsionaalsus. Arvatakse, et hajumiskiirus peab olema seotud elektronide ja elektronide vastastikmõjude tugevusega (mida originaalses Drude mudelis täielikult eiratakse) ning erinevates kummalistes metallides on need väga erinevad.
Vaatlused näitavad aga, et C-koefitsient on paljude erinevate kummaliste metallide ja, nagu selgub, ka kahekihilise grafeeni puhul ühtsuse lähedal: uues töös langesid mõõdetud C väärtused vahemikku 1,1 kuni 1,6. See universaalsus paneb teoreetikud uskuma, et võõrastes metallides on olemas uus põhiline mehhanism transpordinähtuste jaoks. Teadlased seostavad selle olukorra Plancki hajumisega, see tähendab paljude elektronide kvant-takerdumise seisundiga, milles saavutatakse füüsikaseadustega lubatud maksimaalne energia hajumise kiirus.
Reklaamvideo:
Kahekihiline grafeen võib osutuda mugavaks süsteemiks selles valdkonnas katsete jätkamiseks. Selle peamine eelis seisneb suutlikkuses juhtida ülivõre täitumistegurit, see tähendab tegelikult laengukandjate tihedust, rakendades elektripinget, samal ajal kui muid imelikke metalle tuleb uuesti valmistada koos muude lisanditega.
Timur Keshelava
