V dvoslojni grafen vrti skozi "čarobni" kot je bila najdena redka linearna odvisnost električnega upora od temperature blizu absolutne nič. Zaradi te lastnosti je dvoslojni grafen povezan z nenavadnim razredom snovi, imenovanih čudne kovine. Vključuje na primer cuprate, vključno z nosilci rekordne temperature za superprevodnost pri normalnem tlaku, pa tudi rutenate, pnictide in nekatere druge materiale. Odkritje potrjuje prisotnost novega temeljnega mehanizma naboja in prenosa toplote v takih spojinah, pišejo avtorji v reviji Physical Review Letters.
Grafen je dvodimenzionalna alotropna modifikacija ogljika, sestavljena iz atomov, razporejenih v obliki šesterokotnikov, združenih v listih atomske debeline. Graphene ima številne nenavadne lastnosti, ki so potencialno uporabne v znanosti in tehnologiji. Vendar znanstveniki še naprej odkrivajo nove nenavadne lastnosti tega gradiva.
Eno pomembnih odkritij v zadnjih dveh letih je bilo odkritje superprevodnosti dvoplastnega grafena. Z vrtenjem listov pod majhnim kotom se ustvari periodična moiré šesterokotna superlatica s precej daljšim obdobjem kot pri samem grafenu. Če ima kot ena izmed "čarobnih" vrednosti, od katerih je najmanjša blizu 1,1 stopinje, potem snov preide v superprevodno stanje. Podrobne študije so pokazale, da je takšen grafen v nekaterih lastnostih, zlasti v faznem diagramu, podoben kupratom - spojinam, pri odkritju katerih se je pojavil izraz visokotemperaturna superprevodnost.
Pablo Jarillo-Herrero z Massachusetts Institute of Technology in njegovi kolegi iz ZDA in Japonske so odkrili še eno značilnost, zaradi katere je dvoslojni grafen vrten za "čarobni" kot podoben kupretom: prisotnost čudne kovinske faze z linearno odvisnostjo odpornosti na temperaturo v bližini absolutna nič. Takšne pravilnosti ne opazimo pri navadnih kovinah, pri katerih se praviloma po fazi superprevodne napetosti pojavi močan porast upora. Poleg tega zaenkrat še ni teoretične razlage tega pojava.
Dolgo časa je transport elektronov v kovinah opisovala teorija Drude, formulirana leta 1900, ki povezuje prevodnost z gostoto elektronov, ki se štejejo za plin, njihovo maso in povprečni čas τ med sipanjem po ioni. S kvantnimi popravki, ki so maso resničnih delcev nadomestili z učinkovito maso nosilcev naboja in povezali čas med sipanjem pri nizkih temperaturah s sorazmernostjo τ ∼ T-2, je ta model uspešno opisal večino eksperimentalnih podatkov do osemdesetih let prejšnjega stoletja.
Odkritje cupratov leta 1986 je pokazalo omejitve teorije, ki opazovane faze čudne kovine ni mogla pojasniti z linearno odvisnostjo odpornosti od temperature. To vedenje kaže, da je čas med raztresenjem obratno sorazmeren prvi moči temperature in ne kvadratu, kot je v modelu Drude. Odkritje čudne kovinske faze v dvoslojni grafen dodatno kaže na potrebo po razvoju novega teoretičnega pristopa k transportnim pojavom in govori o možnosti takšne faze, ki obstaja v mnogih različnih sistemih.
Če izračunamo čas med sipanjem v čudnih kovinah s formulo Drude (ki je s teoretičnega vidika slabo utemeljena), dobimo izraz τ = C = ∕ kT, kjer je ℏ Planckova konstanta, T je temperatura, k je Boltzmannova konstanta in C je numerični koeficient sorazmernost. Verjame se, da mora biti hitrost sipanja povezana z močjo medsebojnih interakcij med elektroni in elektroni (ki so v originalnem modelu Drude popolnoma prezrte), pri različnih čudnih kovinah pa se zelo razlikujejo.
Vendar opažanja kažejo, da je koeficient C blizu enotnosti za najrazličnejše čudne kovine in, kot kaže, tudi za dvoslojni grafen: v novem delu so izmerjene vrednosti C padle v območju od 1,1 do 1,6. Zaradi te univerzalnosti teoretiki verjamejo, da obstaja nov temeljni mehanizem za transportne pojave v čudnih kovinah. Znanstveniki to situacijo povezujejo s Planckijevo disipacijo, torej s stanjem kvantnega zapletanja številnih elektronov, v katerem je dosežena največja hitrost odvajanja energije, ki jo omogočajo fizikalni zakoni.
Promocijski video:
Dvoslojni grafen se lahko izkaže kot priročen sistem za nadaljevanje poskusov na tem področju. Njegova glavna prednost je v sposobnosti nadziranja faktorja polnjenja super rešetke, to je v resnici gostote nosilcev naboja z uporabo električne napetosti, medtem ko je treba druge čudne kovine izdelati na novo z drugimi nečistočami.
Timur Kešelava
