Ученые из Стэнфордского университета и Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC американского Министерства энергетики обнаружили, что введение атомов кальция в структуру графена, формы углерода, кристаллическая решетка которого имеет одноатомную толщину, превращает этот материал в сверхпроводник, способный передавать электрическую энергию со 100-процентной эффективностью, т.е. практически без потерь.
То, что такая комбинация материалов является сверхроводником, ученым было известно практически в течение десятилетия. Но новые исследования позволили ученым выяснить роль каждого компонента сложного материала в деле формирования явления сверхпроводимости. Сделанное открытие, которое обеспечило понимание учеными всех тонкостей происходящих процессов, позволит теперь использовать сверхпроводящую форму графена для разработки новых наноразмерных и полноразмерных электронных устройств.
Образцы графенового материала были изготовлены исследователями из лондонского Университетского Колледжа (University College London) при помощи так называемой технологии «графитового карандаша». Этот метод, разработанный еще первооткрывателями графена Андреем Геймом и Константином Новоселовым, позволяет отделить от кристаллической структуры графита листы углерода атомарной толщины. Британские ученые, при помощи специального метода химической обработки, смешали графит с кристаллами кальция и получили сложное соединение CaC6, которое состоит из слоев углерода одноатомной толщины и кальция.
Полученные образцы материала были переданы ученым лаборатории SLAC, где их электронные свойства были досконально изучены при помощи интенсивного ультрафиолетового света. Чистота материала полученных образцов, совмещенная с высокой интенсивностью ультрафиолетового света, позволила ученым заглянуть достаточно глубоко в недра материала и даже различить поведение отдельных электронов в каждом из слоев материала.
Оказалось, что свободные электроны рассеиваются, совершая колебательные перемещения от атомов кальция к атомам углерода графена и назад. Эти колеблющиеся свободные электроны взаимодействуют с обычными электронами атомов и образуют электронные пары, так называемые куперовские пары, наличие которые придает материалу свойство сверхпроводимости, позволяя материалу проводить электрический ток без сопротивления.
Следует заметить, что результат данных исследований могут послужить прочным фундаментом как для дальнейших исследований в направлении сверхпроводимости, так и для практического использования графеновых сверхпроводников в электронных устройствах, которые, благодаря малым потерям, могут стать еще более быстрыми, потребляя при этом меньшее количество электрической энергии.
