Trójwarstwowy grafen ma niezwykłe właściwości. W przyszłości zostaną wykorzystane w technologiach kwantowych

Skręcony grafen może składać się z dwóch lub trzech warstw, dzięki czemu oferuje przydatne właściwości. Najlepszym tego przykładem są dokonania naukowców, które niedawno zostały opisane w Nature.

Na czele zespołu zajmującego się tą sprawą stanął Stevan Nadj-Perge, który wraz ze współpracownikami z Caltech odkrył, że nadprzewodnictwo w zaprojektowanym materiale wykazuje kilka bardzo nietypowych właściwości. W efekcie wydaje się on niekonwencjonalnym nadprzewodnikiem.

Czytaj też: Nowy nadprzewodnik przyspieszy komputery kwantowe 400 razy. Jego twórca przewiduje wiek nadprzewodników

Czym w ogóle jest taki stan? Najprościej rzecz ujmując, mianem nadprzewodników określa się materiały, w których elektrony mogą swobodnie przepływać przez materiały bez oporu, dzięki czemu nie dochodzi do strat energii. Umożliwia to wysoce wydajną transmisję energii elektrycznej, co jest oczywiście bardzo pożądane i zapewnia liczne potencjalne zastosowania w zakresie informatyki czy elektroniki.

W przypadku kilkuwarstwowego grafenu poszczególne arkusze są ułożone na sobie tak, by każdy kolejny był skręcony względem poprzedniego o 1,05 stopnia. W ten sposób pojawiają się użyteczne właściwości, a od tego, ile elektronów zostanie dodanych zależy, czy możliwe będzie uzyskanie izolatora czy też nadprzewodnika. Niestety, nadprzewodnictwo często jest możliwe do osiągnięcia dopiero przy niezwykle niskich temperaturach, niewiele wyższych od zera absolutnego.

Grafen może zyskiwać nowe właściwości dzięki skręceniu jego warstw

W takich okolicznościach elektrony tworzą pary zachowujące się inaczej niż pojedyncze elektrony, co z kolei umożliwia przepływ par elektronów bez ich rozpraszania. Do rozbicia tych par potrzeba energii, lecz jej ilość może być różna dla par poruszających się w różnych kierunkach. Z tego względu tzw. luka energetyczna, która powstaje w wyniku zmian entropii układu pomiędzy nadprzewodnikiem a normalnym przewodnikiem w przejściu fazowym, ma określony kształt. Wynika on z prawdopodobieństwa tego, że pary zostaną rozbite przez określoną ilość energii.

Czytaj też: Tatuaże z grafenu? Takie rozwiązanie może być przydatne w codziennym życiu

W przypadku trójwarstwowego skręconego grafenu nadprzewodnictwo może być włączone poprzez przyłożenie napięcia na pobliskiej elektrodzie. Dotychczasowe ustalenia w tej sprawie oraz dalsze postępy w badaniach powinny dostarczyć informacji na temat teorii nadprzewodnictwa w tego typu arkuszach. Jak dodaje Nadj-Perge, więcej warstw prawdopodobnie sprawia, że nadprzewodnictwo jest bardziej wytrzymałe, a jednocześnie pozostaje wysoce przestrajalne. Byłoby to szczególnie przydatne w przypadku urządzeń nadprzewodzących, które mogłyby być wykorzystywane na przykład w kwantowym przetwarzaniu informacji.