Grafen nadprzewodnikiem chiralnym?
Niewykluczone, że grafen może posiadać niezwykłą właściwość zwaną nadprzewodnictwem chiralnym. To nadprzewodnictwo, które działa tylko w jednym kierunku, zatem przepływ prąd odbywałby się bez oporów w jedną stroną, a w drugą napotykałby na opór. Nadprzewodnictwo chiralne zaburza parzystość T, może więc zostać wykorzystane np. w komputerach kwantowych.
Od pewnego czasu naukowcy przypuszczają, że tego typu nadprzewodnikiem może być też rutenian strontu (Sr2RuO4), jednak hipoteza ta nigdy nie została potwierdzona eksperymentalnie.
Teraz 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 tego typu właściwości grafen będzie wykazywał po wprowadzeniu doń domieszek.
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. Tymczasem z rozważań wspomnianych 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.
Pozostaje zatem przetestować tę teorię w laboratorium. 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.
Komentarze (5)
Jajcenty, 25 stycznia 2012, 14:18
Nie umiem zrozumieć dlaczego mowa o chiralności zamiast anizotropii? Chiralność to jednak bardzo specyficzny brak symetrii.
Mariusz Błoński, 25 stycznia 2012, 14:52
Ja tam prosty humanista jestem, więc nie do mnie to pytanie
Źródło uparcie nazywało to chiral superconductivity.
acabose, 25 stycznia 2012, 15:14
Nie znam tematu, ale tak na pierwszy rzut oka to anizotropia oznacza różne właściwości materiału dla różnych kierunków, natomiast omawiana chiralność oznacza dodatkowo różne właściwości w zależności od zwrotu na danym kierunku. (kierunek - prosta łącząca dwa punkty od minus nieskończoności do nieskończoności, zwrot - to potocznie rozumiany "kierunek" przechodzenia po punktach wspomnianej prostej).
Anizotorpia to różne opory na osi Ox i Oy.
Chiralność oznacza, że opór będzie różny na osi Ox w zależności od "zwrotu" ("kierunku" przepływu na tej osi) prądu. Prąd płynie po osi Ox w lewo, w grafenie jest opór, płynie w prawo nie ma oporu, bo grafen staje się nadprzewpdnikiem.
Ja tak to rozumiem ..... jeśli coś pokręciłem poproszę o sprostowanie.
.... dlatego ta chiralność tutaj pasuje ..... tylko, że piszą o tym zjawisku w odniesieniu do biegunowego układu odniesienia (chiralności oczekują dla fali rozchodzącej się od jakiegoś punktu) ..... więc trochę im zajmie rozpracowanie tego i zastosowanie do geometrii stosowanej w elektronice, czyli w układzie kartezjańskim.
Jajcenty, 25 stycznia 2012, 17:25
Też tak sądziłem jednak, nikt nie powie o diodzie, że jest chiralna.
Ta struktura jest jakoś różna ze względu na swoje lustrzane odbicie.
acabose, 26 stycznia 2012, 12:17
W diodzie masz odpowiednio spreparowane materiały - ich warstwy ..... obiekt anizotropowy.
Tutaj masz grafen - jedne materiał o strukturze izotrpowej (powiedzmy, że te wtrącenia są regularne i na całej powierzchni grafenu) i na jednym kierunku w zależności od zwrotu (kierunku przepływu prądu) ...... masz inne właściwości. Dlaczego tak się dzieje muszą dopiero wyjaśnić .... może to mieć coś wspólnego ze stanami kwantowymi i symetrią (jej łamaniem) na poziomie atomowym - zgaduję.