Domieszkowany grafan powinien być nadprzewodnikiem przy 90K

Jest problem z nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi. Minęły już ponad dwie dekady od odkrycia, że ​​niektóre tlenki miedzi mogą być nadprzewodnikami w temperaturach powyżej 30 K.

Były to lata pełne obietnic, przesady i gorączkowych badań. Fizycy wiedzą, że nadprzewodniki tlenków miedzi przebiegają w zupełnie inny sposób niż konwencjonalne nadprzewodniki BCS (za Bardeenem, Cooperem i Schriefferem, którzy opracowali stojącą za nimi teorię). A jednak nikt nie zgadza się co do tego, czym dokładnie jest nowy mechanizm. Nikt też nie stworzył nadprzewodnika, który pracuje w temperaturze użytkowej, czyli wyższej od temperatury ciekłego azotu.

Nawet odrodzenie w zeszłym roku ekscytacji z powodu odkrycia, że ​​nadprzewodniki z diborku magnezu w wysokich temperaturach, prawdopodobnie w staromodny sposób BCS, wkrótce ustąpiły miejsca złej kondycji, ponieważ fizycy odkryli, że nie są w stanie wykorzystać przełomu w celu stworzenia lepszych nadprzewodników. Kusząca jest myśl, że nadprzewodniki nigdy nie przekroczą bariery ciekłego azotu.

Ale dzisiaj nadzieja zostaje przywrócona dzięki fascynującemu zestawowi obliczeń przeprowadzonych przez Gianlucę Savini na Uniwersytecie Cambridge w Wielkiej Brytanii i kilku kumpli. Obliczają właściwości grapanu z domieszką p na podstawie pierwszych zasad i twierdzą, że powinien on nadprzewodnictwo w temperaturze 90K lub więcej, dobrze w zakresie chłodzenia ciekłym azotem.

Co więcej, grapan z domieszką p powinien być nadprzewodnikiem w taki sam sposób, jak staromodne nadprzewodniki BCS. To ciekawe, ponieważ wszyscy uważają, że nadprzewodnictwo BCS nie może działać w wysokich temperaturach.

Powodem jest energia oddziaływania elektronów nadprzewodzących z otaczającym materiałem. Uważa się, że w zwykłych nadprzewodnikach BCS jest to zaledwie kilkadziesiąt meVs. Natomiast w tlenkach miedzi oddziaływania te mają energię rzędu kilkuset meVs. To właśnie ta różnica sprawia, że ​​fizycy sądzą, że nadprzewodniki BCS nigdy nie będą pracować w temperaturze tlenków miedzi.

A jednak odkrycie, że nadprzewodniki z diborku magnezu kwestionuje myślenie – energia tych oddziaływań w MgB2 jest znacznie wyższa. Wydaje się, że trzy czynniki łączą się, aby było to możliwe, mówią Savini i spółka. Pierwsza to energia charakterystyczna fononów w MgB2, która wynika z rozciągania wiązania i odgrywa ważną rolę we wspomaganiu nadprzewodników przez strukturę. Drugi to gęstość elektronowa stanów w materiale i wreszcie wskazują one na równowagę między przyciągającym sprzężeniem elektron-fonon a odpychającym oddziaływaniem elektron-elektron w MgB2.

Czy można znaleźć materiały, w których można by dalej manipulować tymi ilościami? Pewnie. Savini i spółka zauważyli, że diament z domieszką p ma dwie z tych cech, ale nadprzewodniki występują tylko w 4K.

Obliczają jednak, że grapan z domieszką p dokładnie pasuje do rachunku i powinien nadprzewodnictwo w staromodny sposób BCS przy 90K. Co więcej, mówią, że istnieją przesłanki, że nanodruty diamentowe domieszkowane p mogą mieć podobne właściwości.

Różne grupy już bawią się domieszkowanymi nanodrutami diamentowymi.

Konsekwencje tego wszystkiego są zdumiewające. Po pierwsze, istnieje możliwość zastosowania użytecznych urządzeń nadprzewodzących chłodzonych wyłącznie ciekłym azotem. W końcu!

Ale jest jeszcze jedna, bardziej egzotyczna implikacja: tworząc bramki podobne do tranzystorów z domieszkowanego na różne sposoby grapanem, powinno być możliwe stworzenie urządzeń, w których nadprzewodnictwo będzie można włączać i wyłączać. Umożliwi to zupełnie nową klasę przełączników.

Jednak przed tym wszystkim ktoś musi zrobić grapan z domieszką p. To będzie trudne. Sam grafan powstał po raz pierwszy dopiero w zeszłym roku na Uniwersytecie w Manchesterze. Śledzenie wyścigu w celu stworzenia i przetestowania wersji z domieszką p powinno być zabawne.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1002.0653 : Grafan domieszkowany: prototypowy nadprzewodnik elektronowo-fononowy o wysokiej temperaturze Tc

ukryć