Yığılmış grafen katmanlarının simülasyonlarından elde edilen bir sonuç. Görüntü, süperiletkenliğin topolojik karakterini doğrulayan sözde Berry eğriliğini gösteriyor. Kredi: © Areg Ghazaryan
Çok katmanlı grafen levhalarda yeni topolojik süperiletkenlik.
Grafen tuhaf bir malzemedir. Özelliklerini anlamak, hem bilimin temel bir sorusu hem de yeni teknolojiler için umut verici bir yoldur. Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (ISTA) ve Weizmann Bilim Enstitüsü’nden bir araştırma ekibi, dört tabakayı üst üste koyduklarında ne olduğunu ve bunun yeni egzotik süperiletkenlik biçimlerine nasıl yol açabileceğini inceledi.{ 4}
Sadece bir atom tabakası kalınlığında, milimetrenin milyonda birinden daha az kalınlıkta bir malzeme tabakası hayal edin. Bu kulağa fantastik gelse de, böyle bir malzeme var: buna grafen adı veriliyor ve petek biçimindeki karbon atomlarından yapılıyor. İlk olarak 2004 yılında sentezlenen ve kısa süre sonra harika özelliklere sahip bir madde olarak selamlanan bilim adamları hala onu anlamak için çalışıyorlar. Doktora Sonrası Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (ISTA) Areg Ghazaryan ve Profesör Maksym Serbyn, meslektaşları Dr. Tobias Holder ve İsrail’deki Weizmann Bilim Enstitüsü’nden Profesör Erez Berg ile birlikte yıllardır grafen üzerinde çalışıyorlar ve şimdi en yeni bulgularını yayınladılar. Physical Review B dergisinde 2 Mart’ta yayınlanan bir araştırma makalesinde süperiletken özellikleri hakkında.
ABCA yığınlamasında dört grafen katmanı. İki boyutlu petek kafeslerde üst üste istiflenmiş dört karbon atomu tabakası, her biri alttakine göre sola kaydırılmıştır. Üst katman o kadar kaydırılır ki yapısı yine alt katmanla hizalanır. Kredi: © ISTA
“Çok katmanlı grafen, geniş çapta ayarlanabilir bant yapısı ve özel optik özelliklerden yeni süperiletkenlik biçimlerine, yani elektrik akımını direnç olmadan iletebilmeye kadar pek çok umut verici niteliğe sahiptir” diye açıklıyor Ghazaryan. . “Teorik modelimizde, çok katmanlı grafen üzerinde çalışmalarımıza devam ediyoruz ve farklı grafen tabakalarının birbiri üzerinde olası çeşitli düzenlemelerine bakıyoruz. Orada, sözde topolojik süperiletkenlik yaratmak için yeni olanaklar bulduk.” Araştırmacılar yaptıkları çalışmada, birkaç kat grafen tabakasını belirli şekillerde üst üste yığdığınızda neler olduğunu bir bilgisayarda simüle ettiler.
A Contest of Electron Beauty
“Bu, En iyisini bulmak için istiflenmiş grafen tabakalarının farklı konfigürasyonları arasında büyük bir güzellik yarışması gibi” diye ekliyor Serbyn. “İçinde, çok katmanlı grafen içinde hareket eden elektronların nasıl davrandığına bakıyoruz.” Farklı grafen katmanlarının birbirine göre nasıl kaydırıldığına ve kaç katman olduğuna bağlı olarak, petek kafesindeki karbon atomlarının pozitif yüklü nükleer çekirdekleri, etraflarındaki elektronlar için farklı ortamlar oluşturur. Negatif yüklü elektronlar çekirdek tarafından çekilir ve birbirleri tarafından itilir. “Grafenin çekirdeği ile etkileşime giren tek bir elektronu dikkate alan gerçekçi modelleri araştırarak başladık. Umut verici bir yaklaşım bulduğumuzda, birçok elektron arasındaki daha karmaşık etkileşimleri ekledik,” diye açıklıyor Ghazaryan. Bu yaklaşımla araştırmacılar, egzotik topolojik süperiletkenlik formunun ortaya çıktığını doğruladılar.
Araştırmacılar Maksym Serbyn ve Areg Ghazaryan. Kredi: © Nadine Poncioni ve Areg Ghazaryan.
Looking for Nature’s Feedback
Bu tür teorik araştırmalar, bir laboratuvarda simüle edilmiş grafen sistemlerini oluşturacak gelecekteki deneylerin temellerini atıyor. gerçekten tahmin edildiği gibi davranıp davranmadıklarını görmek için. Ghazaryan, “Çalışmamız, deneycilerin her grafen katmanı yapılandırmasını denemek zorunda kalmadan yeni kurulumlar tasarlamasına yardımcı oluyor” diyor. “Artık teorik araştırmalar devam edecek, deneyler ise bize doğadan geri bildirim verecek.”
Grafen, araştırma ve teknolojilerde yavaş yavaş uygulama bulsa da (örneğin, karbon nanotüpler olarak) elektrik için topolojik bir süper iletken olma potansiyeli henüz yeni. anlaşılmaya başlanıyor. Serbyn ekliyor: “Hem maddenin temel özelliklerine yönelik bilimsel araştırmanın doğasında var olan değer hem de grafenin birçok potansiyel uygulaması açısından, bir gün bu tür malzemeleri kuantum mekaniksel düzeyde tam olarak tanımlayabileceğimizi umuyoruz.”
Referans: “Etkileşime dayalı fizik ve topolojik süper iletkenlik için bir platform olarak çok katmanlı grafenler” yazan Areg Ghazaryan, Tobias Holder, Erez Berg ve Maksym Serbyn, 2 Mart 2023, Physical Review B.
DOI: 10.1103 /PhysRevB.107.104502
Bu araştırma, Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) tarafından HQMAT (Hibe Anlaşması No. 817799) kapsamında, İsrail-ABD İki Uluslu Bilim Vakfı (BSF) ve Irving ve Cherna Moskowitz’den bir araştırma bursu.