Superledning med et twist forklaret

Leiden-fysikere og internationale kolleger fra Genève og Barcelona har bekræftet den mekanisme, der gør magic-angle grafen superledende. Dette er et centralt trin i belysning af høj temperatur superledning, et årtier gammelt mysterium centralt i fysik, som kan føre til teknologiske gennembrud.

Magiske vinkler udgør en overraskende ny fysikopdagelse. "Du tager et ark grafen, " siger Sense Jan van der Molen, henviser til det todimensionelle materiale lavet af kulstofatomer i et sekskantet mønster, "så lægger du endnu et lag oven på det og vrider sidstnævnte med 1 grad. På denne måde, du får pludselig en superleder."

Ved en temperatur på 1,7 Kelvin, snoet dobbeltlagsgrafen (tbg) leder elektricitet uden modstand. Nu, Van der Molen, hans Leiden-kollega Milan Allan og internationale kolleger har endelig bekræftet mekanismen bag disse fascinerende nye superledere.

I journalen Naturfysik , de viser, at den lille drejning i grafen får elektronerne til at bremse nok til at mærke hinanden. Dette gør dem i stand til at danne de elektronpar, der er nødvendige for superledning.

Moiré mønstre

Hvordan kan sådan et lille twist gøre så stor en forskel? Dette hænger sammen med moiré-mønstre, et fænomen, der ses i hverdagens verden. For eksempel, når to hønsenet hegn er foran et andet, man observerer yderligere mørke og lyse pletter, forårsaget af den varierende overlapning mellem mønstrene. Sådanne moiré-mønstre (fra den franske moirer, at krølle) vises generelt, hvor periodiske strukturer overlapper ufuldstændigt.

Snoet dobbeltlagsgrafen er netop sådan en situation:samspillet mellem de to sekskantede kulstofgitter, lidt snoet, får et meget større sekskantet moiré-mønster til at opstå. Ved at skabe denne nye periodicitet, interaktionen mellem elektronerne ændres, giver disse "langsomme" elektroner. I talrige aviser, klare tegn på superledning er blevet målt, men det mellemliggende trin med langsomme elektroner har været meget sværere at fastlægge.

Leder efter patches

"Du skal have gode prøver, "Van der Molen forklarer succesen. Heldigvis medforfatterne fra Barcelona er kendt for at lave prøver af høj kvalitet. "Næste, du skal vide præcis, hvor du skal lede." Selv i en god prøve, den korrekte snoningsvinkel opnås kun i små pletter af dobbeltlagsgrafen.

Van der Molens lavenergielektronmikroskop (LEEM) og Allans scanningstunnelmikroskop (STM) hjalp med at finde præcis disse plastre.

Derefter, en gruppe i Genève brugte nano-ARPES, en billedbehandlingsteknik, at demonstrere elektronernes afmatning. Allan:"Mange grupper prøvede hårdt på at gøre det. Kun én anden gruppe lykkedes, og de har en parallel udgivelse."

Overfølsomme detektorer

At belyse og derefter optimere denne type superledning kan også føre til adskillige teknologiske anvendelser, lige fra tabsfri energitransport til overfølsomme lysdetektorer.

Faktisk, Michiel de Dood, også i Leiden, er nu banebrydende for sådanne detektorer. Van der Molen:"Det er grundlæggende arbejde, men vi holder også øjnene åbne for ansøgninger."