Физики создали стабильную версию сверхпроводящего "муарового" графена

Для этого надо соединить их листы с еще одним плоским материалом – диселенидом вольфрама. Благодаря этому ученые смогут узнать механизмы возникновения сверхпроводимости в графене, пишут исследователи в научном журнале Nature, передает tass.ru

"Эти опыты ставят под сомнение то, что некоторые необычные свойства "муарового" графена указывают на существование пока неизвестной нам формы сверхпроводимости. Напротив, теперь эти свойства можно легко объяснить с помощью классической теории сверхпроводимости или особых проявлений ферромагнетизма, которые связаны с квантовым эффектом Холла", – прокомментировал открытие один из авторов работы профессор Вюрцбургского университета (Германия) Ронни Томале (Ronny Thomale).

Графен – одиночный слой атомов углерода, которые соединены между собой структурой химических связей, похожих на пчелиные соты. За получение и изучение первых образцов графена выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм в 2010 году получили Нобелевскую премию по физике.

Два года назад физики из Массачусетского технологического института (MIT) случайно превратили графен в экзотический "изоляторо-сверхпроводник", склеив два кусочка этого материала под определенным углом и получив своего рода муаровый узор. При таком положении листов графена атомы углерода начинают сильно влиять на то, как движутся электроны внутри всей этой конструкции.

Благодаря этому из-за поворота одного из листов графена на определенный угол носители тока начинают двигаться без потерь энергии, подобно парам электронов в сверхпроводниках. При небольших отклонениях от этого угла из-за взаимодействий электронов возникает непреодолимый барьер для других частиц. Вещества, в которых такое происходит, физики называют "изоляторами Мотта".

Нестабильный графеновый "бутерброд"

Такая особенность делает подобные материалы нестабильными, что мешает ученым изучать их. Дело в том, что любые малейшие касания и деформации уничтожают сверхпроводимость или радикальным образом меняют свойства подобной "слойки" из графена.

Физики из США и Японии под руководством доцента Калифорнийского технологического института в Пасадене (США) Стевана Надя-Перде (Stevan Nadj-Perde) решили эту проблему, добавив к такому "бутерброду" из углеродного наноматериала дополнительный слой.

В прошлом физики уже пытались стабилизировать муаровый графен, присоединяя его к подложке из золота или нитрида бора. Подобный прием действительно работал, однако все сверхпроводящие свойства материала при этом исчезали.

Надь-Перде и его коллеги выяснили, что подобных проблем можно избежать, если вставить между нитридом бора и муаровым графеном прослойку из диселенида вольфрама, еще одного плоского материала. В таком случае, как показали их наблюдения, происходит нечто обратное – "бутерброд" из графена почти полностью теряет свои изолирующие свойства, а его сверхпроводящие свойства продолжают существовать даже при относительно больших отклонениях от "магического" угла.

Как предполагают ученые, это связано с тем, что диселенид вольфрама – сильный диэлектрик и при этом решетка его атомов ни по размерам, ни по структуре не совпадает со структурой графена. Однако для нитрида бора, устроенного почти так же, как и графен, это не характерно, что непредсказуемым образом влияет на распределение электронов внутри листов графена.

"Создание этого материала стало огромным шагом вперед в изучении сверхпроводимости. В прошлом попытки измерить свойства разных образцов муарового графена приводили к очень разным результатам, и ученые не могли воспроизводить итоги экспериментов. Теперь же мы близки к началу новой эры в физике, связанной с открытием материалов, электронными и квантовыми свойствами которых можно будет гибко управлять", – подытожил Томале.