Divslāņu grafēnā, kas pagriezts pa "burvju" leņķi, tika atrasta reta lineārā elektriskās pretestības atkarība no temperatūras, kas ir tuvu absolūtajai nullei. Šī īpašība padara divslāņu grafēnu saistītu ar neparastu vielu klasi, ko sauc par dīvainiem metāliem. Tajā ietilpst, piemēram, kupāti, ieskaitot rekordvadītājus par supravadītspējas temperatūru normālā spiedienā, kā arī rutenātus, piknītus un dažus citus materiālus. Atklājums apstiprina jauna pamata uzlādes un siltuma pārneses mehānisma klātbūtni šādos savienojumos, raksta autori žurnālā Physical Review Letters.
Grafēns ir oglekļa divdimensiju allotropiska modifikācija, kas sastāv no atomiem, kas izvietoti sešstūru formā un ir apvienoti atoma biezuma loksnēs. Grafēnam ir daudz neparastu īpašību, kas potenciāli ir noderīgas zinātnē un tehnoloģijās. Tomēr zinātnieki turpina atklāt jaunas neparastas šī materiāla īpašības.
Viens no svarīgākajiem pēdējo divu gadu atklājumiem ir divslāņu grafēna supravadītspējas atklāšana. Loksņu pagriešana nelielā leņķī rada periodisku moiré sešstūrainu virskārtu ar daudz ilgāku laika posmu nekā pats grafēns. Ja leņķis ņem vienu no "maģiskajām" vērtībām, no kurām mazākā ir tuvu 1,1 grādiem, tad zemā temperatūrā viela nonāk supravadītāja stāvoklī. Sīki pētījumi parādīja, ka šāds grafēns dažās īpašībās, jo īpaši fāzes diagrammā, ir līdzīgs kuratiem - savienojumiem, kuru atklāšanā parādījās termins supravadītspēja augstā temperatūrā.
Pablo Jarillo-Herrero no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta un viņa kolēģi no Amerikas Savienotajām Valstīm un Japānas ir atklājuši vēl vienu īpašību, kas liek divslāņu grafēnu pagriezt par "maģisku" leņķi, kas līdzīgs kuprātiem: dīvainas metāla fāzes klātbūtne ar lineāru pretestības atkarību no temperatūras tuvu absolūtā nulle. Šāda regularitāte netiek novērota parastajiem metāliem, kur parasti pēc supravadīšanas fāzes notiek straujš pretestības pieaugums. Turklāt šobrīd šai parādībai nav pilnīga teorētiska skaidrojuma.
Ilgu laiku elektronu transportu metālos veiksmīgi aprakstīja Drudes teorija, kas tika formulēta 1900. gadā un kas saista vadītspēju ar elektronu, kas tiek uzskatīti par gāzi, blīvumu, to masu un vidējo laiku τ starp jonu izkliedi. Ar kvantu korekcijām, kas reālo daļiņu masu aizstāja ar lādiņnesēju faktisko masu un saistīja laiku starp izkliedi zemā temperatūrā ar proporcionalitāti τ ∼ T-2, šis modelis veiksmīgi aprakstīja lielāko daļu eksperimentālo datu līdz 1980. gadiem.
Kuprātu atklāšana 1986. gadā parādīja teorijas ierobežojumus, kas nespēja izskaidrot novēroto dīvainā metāla fāzi ar lineāru pretestības atkarību no temperatūras. Šī uzvedība liek domāt, ka laiks starp izkliedēm ir apgriezti proporcionāls temperatūras pirmajai jaudai, nevis kvadrātam, kā tas ir Drudes modelī. Dīvainas metāla fāzes atklāšana divslāņu grafenā papildus norāda uz nepieciešamību attīstīt jaunu teorētisku pieeju transporta parādībām un runā par šādas fāzes iespējamību daudzās dažādās sistēmās.
Ja mēs aprēķinām laiku starp izkliedi savādos metālos, izmantojot Drudes formulu (kas no teorētiskā viedokļa ir vāji pamatots), iegūstam izteiksmi τ = Cℏ ∕ kT, kur ℏ ir Planka konstante, T ir temperatūra, k ir Boltsmana konstante un C ir skaitliskais koeficients. samērīgums. Tiek uzskatīts, ka izkliedes ātrumam jābūt saistītam ar elektronu un elektronu mijiedarbības stiprumu (kas sākotnējā Drudes modelī tiek pilnībā ignorēti), un tie ļoti atšķiras dažādos dīvainos metālos.
Tomēr novērojumi liecina, ka C koeficients ir tuvu vienotībai visdažādākajiem dīvainajiem metāliem un, kā izrādās, arī divslāņu grafēnam: jaunajā darbā izmērītās C vērtības nokritās diapazonā no 1,1 līdz 1,6. Šī universālums liek teorētiķiem uzskatīt, ka ir jauns fundamentāls mehānisms transporta parādībām dīvainos metālos. Zinātnieki šo situāciju saista ar Plankča izkliedi, tas ir, daudzu elektronu kvantu saķeres stāvokli, kurā tiek sasniegts maksimālais enerģijas izkliedes ātrums, ko atļauj fizikas likumi.
Reklāmas video:
Divslāņu grafēns var izrādīties ērta sistēma eksperimentu turpināšanai šajā jomā. Tās galvenā priekšrocība ir spēja kontrolēt virslīstes piepildījuma koeficientu, tas ir, faktiski, lādiņnesēju blīvumu, pieliekot elektrisko spriegumu, savukārt citi dīvaini metāli jāgatavo no jauna ar citiem piemaisījumiem.
Timurs Keshelava
