Phát hiện ra graphene dùng để chế tạo chất siêu dẫn
04/09/2019
KH&CN nước ngoài
Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Rutgers đã giải đáp được một trong những bí ẩn lâu dài nhất trong lĩnh vực vật lý vật liệu thông qua việc phát hiện sự hiện diện của mẫu hình moire trong graphene, các điện tử tự sắp xếp thành các sọc giống như những người lính xếp theo hàng ngũ.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature, có thể giúp tìm kiếm các vật liệu lượng tử như chất siêu dẫn hoạt động ở nhiệt độ phòng. Loại vật liệu này sẽ giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng bằng cách làm cho hoạt động truyền tải điện và các thiết bị điện tử hoạt động hiệu quả hơn.
Phát hiện của chúng tôi cung cấp manh mối quan trọng về bí ẩn kết nối một dạng graphene, được gọi là graphene hai lớp xoắn, với các chất siêu dẫn hoạt động ở nhiệt độ phòng, Eva Y. Andrei, đồng tác giả nghiên cứu nói.
Graphene, lớp than chì nguyên tử mỏng được sử dụng trong bút chì, là lưới được làm từ các nguyên tử cacbon trông giống tổ ong. Đó là chất dẫn điện rất tốt và chắc chắn hơn nhiều so với thép.
Các tác giả đã nghiên cứu graphene hai lớp xoắn, được tạo ra bằng cách xếp hai lớp graphene chồng lên nhau và làm sai lệch chúng một chút. Điều này tạo ra một "góc xoắn" dẫn đến sự xuất hiện của mẫu hình moire thay đổi nhanh chóng khi góc xoắn thay đổi.
Vào năm 2010, nhóm nghiên cứu của Andrei đã phát hiện ra rằng các mẫu moire được hình thành từ graphene hai lớp xoắn, không chỉ đẹp mắt mà còn có tác động mạnh mẽ đến các tính chất điện tử của vật liệu. Nguyên nhân là do mẫu hình moire làm chậm tốc độ di chuyển của các điện tử dẫn điện trong graphene và tác động lẫn nhau với tốc độ lớn.
Ở góc xoắn khoảng 1,10 được gọi là góc “ma thuật”, các điện tử này đi đến điểm gần như dừng hẳn. Các điện tử chậm chạp này bắt đầu nhìn thấy nhau và tương tác với các điện tử khác để di chuyển cùng tốc độ. Kết quả là vật liệu này có được các tính chất tuyệt vời như siêu dẫn hoặc từ tính. Sử dụng một kỹ thuật do nhóm nghiên cứu của Andrei phát minh ra để nghiên cứu graphene hai lớp xoắn, các nhà khoa học đã phát hiện ra một trạng thái tại đó các điện tử tự sắp xếp thành các sọc chắc chắn và khó phá vỡ.
Nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã tìm thấy sự tương đồng giữa tính chất này và các quan sát tương tự trong chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao, cung cấp bằng chứng mới về mối liên hệ ẩn sâu bên dưới các hệ thống này và mở đường làm sáng tỏ bí ẩn lâu dài của chúng, Andrei nói.