Ученые впервые «разбудили» собственную сверхпроводимость графена

Международная команда физиков сумела «разбудить» сверхпроводимость чистого графена без примесей. Открытие позволит еще больше расширить потенциал и область применения уникального материала. Описание исследования опубликовано в журнале Nature Communications.

До настоящего времени сверхпроводимости графена – свойства обладать нулевым электрическим сопротивлением – удалось добиться только с помощью допирования сверхпроводящим материалом: в 2016 году ученые ввели в кристаллическую решетку графена атомы кальция. Однако при этом структура материала менялась и его нельзя было назвать чистым графеном. Другие исследователи получали схожий результат, помещая графен на сверхпроводимые материалы.

Физики из Великобритании, Израиля и Норвегии смогли «разбудить» собственную сверхпроводимость графена. В ходе эксперимента ученые связали графен с оксидом празеодима-церия-меди (Praseodymium Cerium Copper Oxide, PCCO) – материала со сверхпроводимостью, электрические свойства которого хорошо изучены. В отличие от предыдущих опытов, физикам с помощью метода сканирующей туннельной микроскопии удалось отличить сверхпроводимость самого графена от аналогичных свойств РССО. Оказалось, что в материалах электроны по-разному объединялись в пары – для РССО характерна d-симметрия, а в графене наблюдали предположительно p-волну, двигавшуюся с нулевым сопротивлением.

«Иными словами, мы увидели, что в графене сверхпроводимость совсем иного типа, чем в РССО, – заявил один из авторов работы, физик из Кембриджа Джейсон Робинсон. – Это был очень важный шаг, это означает, что мы увидели сверхпроводимость, идущую не извне, а значит, РССО нужен был только для того, чтобы высвободить собственную сверхпроводимость графена».

Как отмечает пресс-релиз на сайте Кембриджского университета, ученые пока не уверены, что наблюдали в графене p-симметрию. В настоящее время сверхпроводимость с p-симметрией недостаточно изучена, идут споры о том, существует ли она вообще и каковы ее свойства.

Если данные, полученные международной командой, подтвердятся в других экспериментах, графен станет первым материалом с p-волновой сверхпроводимостью при температуре выше –269°C. Сверхпроводники используются для создания мощных магнитных полей, например, для аппаратов МРТ или поездов на магнитной подушке. Однако сейчас такие материалы получают нужные свойства при температуре примерно –269°C.

Если будет найден сверхпроводник, работающий при высоких температурах, это позволит повысить эффективность медицинского оборудования и других приборов. Графен – главный кандидат в этой области. Собственная сверхпроводимость позволит значительно расширить его сферу применения в суперкомпьютерах и, возможно, будущих устройствах, действующих на принципах молекулярной электроники.