Od objevu supravodivosti dvojvrstvy grafenu, kde jsou obě vrstvy vůči sobě pootočeny o úhel 1,1° („magický úhel“), se intenzivně zkoumají i další podobné struktury (nejen) grafenu. Vědci z MITu a Harvardu nyní zjistili, že u tří vrstev grafenu má magický úhel způsobující supravodivost odlišnou hodnotu, 1,6° (ve vrstvách uspořádaných v podobě a-b-a). Stejně by to mělo fungovat i ve 4 nebo 5 vrstvách. Zjištění, že se tedy jedná o celou rodinu supravodivých materiálů, by mělo umožnit efektivněji navrhovat jiné supravodiče. a to i pro vyšší teploty.
Podle nového výzkumu vykazují všechny zkoumané verze grafenu vedle supravodivosti také plochou pásovou strukturu – tj. základní a vodivostní pás prakticky splývají, bez zakázaného pásu. Nicméně neexistence zakázaného pásu platí i pro běžné vodiče, to samo o sobě k supravodivosti nestačí. Navíc v rámci jiných výzkumů se podařilo vytvořit zkroucené/pootočené (twisted) struktury i z jiných 2D materiálů, kde plochá struktura pásů podobný efekt z hlediska vzniku supravodivosti neměla.
V grafenu s plochou strukturou pásů za ultranízkých teplot dochází ke vzniku Cooperových párů elektronů. Nové výpočty a simulace vedly k následujícím závěrům:
– supravodivost u grafenu existuje pro cca libovolný počet vrstev, není zde nějaký jasný limit typu 4 nebo 5 (pro každý počet může být magický úhel jiný);
– minimálně u grafenu supravodivost opravdu opravdu souvisí s plochou pásovou strukturou;
– co je ale zajímavé, grafen o různém počtu vrstev má vlastnosti odlišné. Nový výzkum z MIT se zaměřil na dříve zjištěný rozdíl mezi dvouvrstvým a třívrstvým grafenem. U 4 a 5 vrstev byla zaznamenána supravodivost při teplotě 1 K, jinak svými vlastnostmi tento grafen cca odpovídal 3 vrstvám. Čili dvojvrstva (nejdéle známý typ) s magickým úhlem 1,1° zřejmě tvoří speciální podkategorii, která se mj. vyznačuje větší citlivostí supravodivosti na změny vnějšího magnetického pole. Podle vědců má být rozdíl dán tím, že ve struktuře dvojvrstvy neexistují dvě vrstvy, které by byly navzájem zrcadlovými obrazy, zatímco grafen s větším počtem vrstev vykazuje vždy určitý druh zrcadlové symetrie. Nicméně bez ohledu na tento rozdíl spadají všechny dosud zkoumané varianty grafenu nikoliv mezi konvenční, ale nekonvenční supravodiče.
Jeong Min Park et al, Robust superconductivity in magic-angle multilayer graphene family, Nature Materials (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01287-1
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology / Phys.org
Poznámka PH: Pro laika je zde pár věcí samozřejmě poněkud matoucích; mluví se např. vedle sebe o Cooperových párech elektronů i nekonvenční supravodivosti, jenže ta má zase být založena na jiných principech…?