Trójwarstwowy grafen ma właściwości, o których nawet najwięksi entuzjaści tego materiału nie śnili
Fizycy z MIT przeprowadzili badania nad materiałem nazwanym magicznie skręconym trójwarstwowym grafenem. Materiał ten wykazał oznaki rzadkiego rodzaju superprzewodnictwa. Dokładniej rzecz biorąc, materiał wykazuje nadprzewodnictwo, przy zaskakująco wysokich polach magnetycznych, sięgających 10 Tesli. I nie chodzi tu o samochody z firmy Elona Muska, a o jednostkę z układu SI opisująca indukcję magnetyczną.
Nadprzewodnictwo grafenu
Żeby dokładniej wyjaśnić, czym jest indukcja magnetyczna, trzeba się posłużyć innymi jednostkami, które również wypadałoby opisać. Te natomiast również wymagałyby wyjaśnienia. Mowa tu więc o materiale, który do pobieżnego wyjaśnienia wymagałby raczej rozdziału książki, a nie krótkiego wpisu. Dlatego też na potrzeby tego tekstu wystarczy wiedzieć, że 10 Tesli to natężenie pola magnetycznego trzykrotnie wyższe niż to, które materiał mógłby wytrzymać, gdyby był konwencjonalnym nadprzewodnikiem. Wyniki eksperymentów sugerują, że magiczny trójwarstwowy grafen jest rzadkim rodzajem nadprzewodnika, znanym jako spin-triplet. Materiały tego typu są odporne na działanie wysokich pól magnetycznych.
Zobacz też: Seria realme GT Master Edition oficjalnie – wiele dobrego na pokładzie
Materiał ten mógłby znacznie poprawić technologie, w tym obrazowanie rezonansem magnetycznym, które opiera się na nadprzewodzących przewodach pod polem magnetycznym, aby rezonować z tkanką biologiczną i tworzyć jej obraz. Obecnie urządzenia MRI są ograniczone do pól magnetycznych o natężeniu od 1 do 3 Tesli. Gdyby nowa generacja aparatów MRI mogła być zbudowana z nadprzewodników spinowo-trójprzewodnikowych, które działają w wysokich polach magnetycznych, mogłyby one tworzyć ostrzejsze i głębsze obrazy ludzkiego ciała.
Nie tylko medycyna
Nadprzewodniki spinowo-trójkowe w trójwarstwowym grafenie mogłyby być również wykorzystane do zaprojektowania silniejszych nadprzewodników dla praktycznych obliczeń kwantowych. Profesor fizyki MIT Pablo Jarillo-Herrero twierdzi, że wartość eksperymentu polega na tym, czego uczy o fundamentalnym nadprzewodnictwie i zachowaniu materiałów. Teraz zespół może wypróbować zasady projektowania innych materiałów, które byłyby łatwiejsze w produkcji i być może zapewniałyby lepsze nadprzewodnictwo.
Czym tak właściwie są nadprzewodniki?
Materiały nadprzewodzące mają superwydajną zdolność przewodzenia prądu elektrycznego bez utraty energii. Kiedy są wystawione na działanie prądu elektrycznego, elektrony w nadprzewodniku łączą się w coś, co nazywa się parami Coopera. Pary te mogą przemieszczać się przez materiał bez zjawiska oporu elektrycznego. A przynajmniej tak to działa w dużym uproszczeniu. W większości nadprzewodników pary te mają przeciwne spiny, jeden elektron wiruje w górę, a drugi w dół, konfiguracja znana jako spin-singlet.
Dlaczego pole magnetyczne to taki problem?
Otóż pary w konfiguracji spin-singlet mogą być rozłączane w wysokich polach magnetycznych. Materiały nadprzewodzące dzięki parom elektronów o tym samym spinie znane są jako spin-triplet. Materiały tego typu, gdy są wystawione na działanie wysokich pól magnetycznych, wykazują, że oba elektrony w parze Coopera przesuwają się w tym samym kierunku, więc nie są odciągane od siebie tak jak w przypadku spin-singlet.
Czego nie należy się spodziewać
Grafenowy nadprzewodnik nie sprawdzi się podczas przesyłu energii z elektrowni, ani nie zagości w naszych domowych sprzętach — przynajmniej nie w tej formie. Wszystko dlatego, że dla osiągnięcia nadprzewodnictwa konieczne są szczególne warunki zewnętrzne jak na przykład odpowiednio niskie temperatury. Nie należy się więc spodziewać rewolucji poza drogim i ciężkim sprzętem specjalistycznym. Nie jest to więc kolejna opowieść o tym, jak grafen nada niemalże magicznych właściwości sprzętom w naszych domach — mimo że ten konkretny materiał magię ma w swojej nazwie.
Źródło: SlashGear