Slapende supergeleiding in grafeen ontwaakt - Grafeen (graphene) | Grafeen (graphene)
Slapende supergeleiding in grafeen ontwaakt
G1-0

Sinds de ontdekking van het wondermateriaal hebben wetenschappers altijd zeer sterk geloof gehecht aan het bestaan van aangeboren supergeleiding in het enkele vel van koolstofkippengaas.

Wetenschappers van de Universiteit in Cambridge zijn erin geslaagd om het slapende potentieel te wekken in grafeen en hebben een manier gevonden om het materiaal te laten reageren als supergeleider, wat evenveel betekent dat het elektriciteit kan vervoeren met een weerstand die gelijk is aan nul.

De structuur van grafeen, waar de elektrische energieniveaus gestapeld zijn in Dirac kegels, en elektronen zich gedragen alsof ze massaloos zijn, laat sowieso al een karakteristieke elektrische beweegbaarheid toe.
Een supergeleidende fase zou signalen niet alleen nog sneller maar zelfs totaal verliesloos maken.

De vaststellingen, beschreven in Nature Communications, verbeteren andermaal het potentievermogen van grafeen, dat reeds algemeen wordt beschouwd als een materiaal dat mening sectoren kan revolutioneren.

In de nieuwe studie zijn onderzoekers van de Universiteit van Cambridge er in geslaagd om het slapende potentieel te activeren en grafeen supergeleidend te maken in zijn eigen recht. Dit werd bereikt door het grafeen te koppelen met een supergeleider met chemische verbindingen van praseodymium, cerium, koper en zuurstof (PCCO).

Supergeleiders worden reeds gebruikt in een groot aantal toepassingen.
Er wordt aangenomen dat ze grote magnetische velden kunnen genereren en ze vormen een essentieel onderdeel in MRI-scanners en leviterende (of zwevende) treinen.

Supergeleiders kunnen evenwel gebruikt worden om energie-efficiënte elektrische leidingen en inrichtingen te maken om energie op te slaan voor miljoenen jaren.

Supergeleidend grafeen opent zelfs nog meer mogelijkheden. De onderzoekers suggereren dat grafeen bijvoorbeeld, nu kan gebruikt worden om nieuwe vormen van supergeleidende kwantum-apparaten te fabriceren, voor gegevensverwerking aan enorme snelheden.

Intrigerend genoeg kan het ook worden gebruikt om het bestaan van een mysterieuze vorm van supergeleiding aan te tonen, bekend als de “p-wave”, die wetenschappers al meer dan 20 jaar proberen te verifiëren.

Het onderzoek werd geleid door Dr Angelo Di Bernardo en Dr. Jason Robinson, collega’s van het St John’s College, de Universiteit van Cambridge, naast medewerkers Professor Andrea Ferrari, uit het Graphene Centre; Professor Oded Millo, van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, en professor Jacob Linder, van de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie in Trondheim.

“Het werd al lang verondersteld dat grafeen, onder de juiste omstandigheden, een supergeleidende overgang zou ondergaan, maar niet kan”, zei Robinson.

“Het idee achter dit experiment was, als we grafeen koppelen aan een supergeleider, schakelen we dan die intrinsieke supergeleiding aan?
De vraag wordt dan: hoe weet je dat de supergeleiding die je opmerkt vanuit het grafeen zelf komt, en niet uit de onderliggende supergeleider? ‘

Soortgelijke benaderingen werden genomen in eerdere studies met behulp van metalen supergeleiders, maar met beperkt succes.

“Het aanbrengen van grafeen op een metaal kan de eigenschappen drastisch veranderen, zodat het technisch zich niet langer gedraagt zoals we zouden verwachten,” zei Di Bernardo. “Wat je ziet is niet de intrinsieke supergeleiding van grafeen, maar alleen die van de onderliggende supergeleider die wordt doorgegeven.”

PCCO komt voort uit een ruimere klasse van supergeleidende materialen, genaamd “cupraten”. De elektronische eigenschappen zijn goed begrepen en met behulp van STEM microscopie konden de onderzoekers de supergeleiding in het PCCO onderscheiden van de supergeleiding die werd waargenomen in het grafeen.

Supergeleiding wordt gekenmerkt door de manier waarop de elektronen zich profileren: binnen een supergeleider vormen elektronen paren, en de uitlijning of het afstemmen van de spin tussen de elektronen van een paar kan verschillend zijn afhankelijk van het type of ‘symmetrie’ van supergeleiding waarin het betrokken is.

In PCCO, bijvoorbeeld, is de spin toestand van de paren antiparallel, wat bekend staat als een ‘d-wave staat’.

Wanneer daarentegen het grafeen wordt gekoppeld aan supergeleidend PCCO suggereren de resultaten dat de elektronenparen in het grafeen in een p-golftoestand waren.

“Wat we zagen in het grafeen was, met andere woorden, een heel ander soort supergeleiding dan in het PCCO”, zei Robinson.

“Dit was echt een belangrijke stap omdat het evenveel betekende dat we wisten dat de supergeleiding niet afkomstig is van buitenaf en dat het PCCO slechts nodig was om de intrinsieke supergeleiding van het grafeen te ontketenen.”

Het blijft onduidelijk wat voor soort supergeleiding het team wist te activeren, maar hun resultaten leveren sterke aanwijzingen dat het de ongrijpbare ‘p-wave ” is.

“Als er inderdaad p-wave supergeleiding gecreëerd wordt in grafeen, dan kan het gebruikt worden als structuur voor de creatie en verkenning van een geheel nieuw spectrum van supergeleidende inrichtingen voor fundamenteel en toegepaste onderzoeksgebieden,” verlengde Robinson.

Bron: Universiteit Cambridge


3D print schaalmodel structuur grafeen

Graphene Job Board

  • Research Fellow in Chemistry (EPSRC-QUIET)
    Birmingham
    development, fabrication of graphene-based devices, and surface electrochemistry. This post is part of a large-scale EPSRC...
  • Materials Engineering KTP Associate
    North West England, University of Manchester
    Engineer to undertake this 33 month project which has an overall aim of developing graphene-based nano-composite materials... art developments in graphene-polymer composites, as well as in the design and development of sportswear, especially sports...