Năm ngoái, các nhà thực nghiệm tại Đại học Harvard, Mỹ đã có một phát hiện bất ngờ: XNUMX lớp graphene dẫn điện tốt hơn XNUMX lớp mà không có điện trở. Vào thời điểm đó, lý do của hành vi siêu dẫn bất thường này vẫn chưa rõ ràng. Tuy nhiên, giờ đây, các nhà lý thuyết ở Áo và Israel đã đưa ra lời giải thích làm sáng tỏ hơn nguồn gốc của hiện tượng siêu dẫn trong graphene tri lớp, đồng thời giúp giải thích những dị thường khác trong các thí nghiệm gần đây trên vật liệu carbon hai chiều này.

Graphene là một tấm nguyên tử cacbon mỏng về mặt nguyên tử được sắp xếp trong một mạng lục giác hai chiều. Khi hai tấm graphene được đặt chồng lên nhau và hơi lệch, vị trí của các nguyên tử tạo thành mô hình moiré hoặc siêu mạng "kéo dài" làm thay đổi đáng kể tương tác giữa các electron của chúng. Mức độ lệch lạc là rất quan trọng: vào năm 2018, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát hiện ra rằng ở một góc "ma thuật" 1.1 °, vật liệu chuyển từ chất cách điện sang chất siêu dẫn. Giải thích cho điều này là hành vi là, giống như trường hợp của các chất siêu dẫn thông thường, các electron có spin ngược dấu kết đôi với nhau để tạo thành "cặp Cooper" sau đó di chuyển qua vật liệu mà không có bất kỳ điện trở nào dưới một nhiệt độ chuyển tiếp tới hạn nhất định. T_c (trong trường hợp này là 1.7 K).

Ba năm sau, các nhà thực nghiệm Harvard đã quan sát thấy một cái gì đó tương tự xảy ra trong graphene tri lớp (hình thoi), mà họ tạo ra bằng cách xếp ba tấm vật liệu ở các góc xoắn nhỏ với các dấu hiệu ngược nhau. Trong công việc của họ, góc xoắn giữa lớp trên và giữa là 1.5 ° trong khi giữa lớp giữa và dưới cùng là -1.5 °. Bằng cách đo dòng điện chạy qua các lớp khi có điện áp đặt vào chúng, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng graphene tri lớp vẫn siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn so với trường hợp của graphene hai lớp. Thật vậy, đo lường T_c cao hơn khoảng 40%, ở 2.3 K. Họ cũng tìm thấy bằng chứng về một điều còn đáng ngạc nhiên hơn: hiện tượng siêu dẫn trong hệ ba lớp dường như liên quan đến tương tác mạnh giữa các electron, chứ không phải là yếu như trường hợp của hầu hết các chất siêu dẫn thông thường.

Dạng thù hình tự nhiên của cacbon

Các vật liệu graphene hai lớp và ba lớp trong các nghiên cứu này phải được cấu tạo theo từng lớp, và tính không ổn định cơ học của chúng gây ra một số phức tạp nhất định cho các nhà khoa học đang tìm cách giải thích các đặc tính của chúng. Vì lý do này, các nhà lý thuyết dẫn đầu bởi Maksym người Serby và Areg Ghazaryan từ Viện Khoa học và Công nghệ (IST) Áo và Erez Berg và Người giữ Tobias từ Israel Viện khoa học Weizmann Thay vào đó, đã chọn nghiên cứu tính siêu dẫn trong graphene ba lớp hình thoi tinh thể. Mặc dù hiếm, dạng thù hình của cacbon này xảy ra tự nhiên và ổn định về mặt cơ học.

Trong vật liệu này, các nhà nghiên cứu xác định thêm hai hiện tượng mà họ nói là khó có thể dung hòa với hiện tượng siêu dẫn thông thường. Ghazaryan giải thích điều đầu tiên là trên ngưỡng nhiệt độ khoảng 13 K, điện trở của vật liệu sẽ tăng tuyến tính khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên, công trình thử nghiệm trước đây cho thấy tốc độ tăng không đổi lên đến 23 K.

Hiện tượng thứ hai là sự kết đôi giữa các electron có spin ngược chiều ngụ ý một sự ghép đôi mâu thuẫn với một đặc điểm khác được quan sát bằng thực nghiệm: sự hiện diện của một cấu hình lân cận trong đó các spin hoàn toàn thẳng hàng - nghĩa là từ tính. Serbyn cho biết thêm: “Trong công trình nghiên cứu của mình, chúng tôi chỉ ra rằng cả hai quan sát này đều có thể giải thích được nếu người ta giả định rằng hơn một sự tương tác giữa các electron sẽ cung cấp 'chất keo' giữ các electron lại với nhau. “Điều này dẫn đến hiện tượng siêu dẫn không bình thường.”

Các nhà lý thuyết cũng phát hiện ra rằng vật liệu có hai bề mặt được gọi là Fermi (ranh giới giữa trạng thái năng lượng electron bị chiếm và không có năng lượng xác định nhiều tính chất của kim loại và chất bán dẫn) với hình dạng tròn. Dựa theo một lý thuyết từ những năm 1960, những bề mặt tròn như vậy tạo ra một cơ chế siêu dẫn chỉ dựa trên tương tác của các electron.

Các phát hiện được trình bày chi tiết trong Physical Review Letters.

Các bài viết Giải thích mới xuất hiện cho tính siêu dẫn mạnh mẽ trong graphene ba lớp xuất hiện đầu tiên trên Thế giới vật lý.

• Coinsmart. Sàn giao dịch Bitcoin và tiền điện tử tốt nhất Châu Âu.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. TRUY CẬP MIỄN PHÍ.
• CryptoHawk. Radar Altcoin. Dùng thử miễn phí.
• Nguồn: https://physicsworld.com/a/new-explanation-emerges-for-robust-superconductivity-in-three-layer-graphene/