Grafen może wykazywać nadprzewodnictwo chiralne

W Nature Physics opublikowano artykuł, którego autorzy - Rahul Nandkishore, L. S. Levitov oraz A. V. Chubukov - opisują metodę uczynienia z grafenu nadprzewodnika chiralnego. Ich zdaniem grafen będzie wykazywał tego typu właściwości po wprowadzeniu doń domieszek.

Nadprzewodnictwo chiralne działa tylko w jednym kierunku, zatem przepływ prądu odbywałby się bez oporów w jedną stronę, a w drugą napotykałby na opór. Zjawisko to może zostać wykorzystane np. w komputerach kwantowych.

Grafen jest bardzo dobrym półprzewodnikiem, elektrony poruszają się w nim bardzo swobodnie, jednak swoboda ta jest zależna od kierunku elektronu względem heksagonalnej siatki, jaką tworzą atomy węgla. Nandkishore, Levitov i Chubukov twierdzą, że domieszkując grafen tak, jak domieszkuje się inne półprzewodniki, można nadać mu właściwości nadprzewodnika. Podobnie jak w innych materiałach nadprzewodnictwo pojawi się w grafenie w niskich temperaturach, jednak działa ono w inny sposób. Zwykle niskie temperatury powodują, że wskutek drgań sieci krystalicznej elektrony oddziałują na siebie, tworząc pary Coopera. To właśnie one są nośnikami prądu w nadprzewodnikach. 

Z rozważań powyższych naukowców wynika, że struktura grafenu i występujące w niej różnice w przepływie elektronów umożliwiają powstanie nadprzewodnictwa nawet bez występowania typowych dla innych materiałów zjawisk. Interakcja pomiędzy elektronami powoduje wzbudzenie sieci krystalicznej w taki sposób, że drgania nie rozchodzą się na podobieństwo fali powstałych po wrzuceniu kamienia do wody, ale przypominają płatki kwiatu, rozchodzące się promieniście od środka. Właściwości tych drgań są ściśle związane z kierunkiem ich rozchodzenia się, co oznacza, że są one chiralne i właściwości nadprzewodzące będą wykazywane w jednym kierunku, ale nie w przeciwnym. Z domieszkowaniem grafenu nie powinno być najmniejszych kłopotów, gdyż naukowcy wzbogacali już grafen atomami wapnia i potasu nie niszcząc przy tym struktury jego sieci krystalicznej.

Autor: Mariusz Błoński
Źródło: Ars Technica, KopalniaWiedzy
Nature Physics - Chiral superconductivity from repulsive interactions in doped graphene