Flat bor er en superleder

Forskere fra Rice University har fastslået, at todimensionel bor er en naturlig lavtemperatur superleder. Faktisk, det kan være det eneste 2-D materiale med et sådant potentiale.

Risteoretisk fysiker Boris Yakobson og hans kolleger offentliggjorde deres beregninger, der viser at atomisk fladt bor er metallisk og vil overføre elektroner uden modstand. Værket vises i denne måned i American Chemical Society journal Nano bogstaver .

Anfaldet, som med de fleste superledende materialer, er, at den kun mister sin resistivitet, når den er meget kold, i dette tilfælde mellem 10 og 20 kelvin (groft, minus-430 grader Fahrenheit). Men til at lave meget små superledende kredsløb, det kan være det eneste spil i byen.

Grundfænomenet superledning har været kendt i mere end 100 år, sagde Evgeni Penev, en forsker i Yakobson -gruppen, men var ikke blevet testet for dets tilstedeværelse i atomisk fladt bor.

"Det er velkendt, at materialet er ret let, fordi atommassen er lille, "Sagde Penev." Hvis det også er metallisk, disse er to vigtige forudsætninger for superledning. Det betyder ved lave temperaturer, elektroner kan parre sig i en slags dans i krystallen. "

"Lavere dimension er også nyttigt, "Sagde Yakobson." Det er muligvis det eneste, eller en af ​​meget få, todimensionale metaller. Så der er tre faktorer, der gav den indledende motivation for os til at forfølge forskningen. Så blev vi bare mere og mere begejstrede, da vi kom ind i det. "

Elektroner med modsatte momenta og spins bliver effektivt til Cooper -par; de tiltrækker hinanden ved lave temperaturer ved hjælp af gittervibrationer, de såkaldte "fononer, "og give materialet dets superledende egenskaber, Sagde Penev. "Superledelse bliver en manifestation af den makroskopiske bølgefunktion, der beskriver hele prøven. Det er et fantastisk fænomen, " han sagde.

Det var ikke helt tilfældigt, at det første teoretiske papir om konduktivitet i et 2-D-materiale dukkede op på omtrent samme tid, som de første prøver af materialet blev lavet af laboratorier i USA og Kina. Faktisk, et tidligere papir af Yakobson -gruppen havde tilbudt et køreplan for at gøre det.

At 2-D-bor nu er produceret er en god ting, ifølge Yakobson og hovedforfattere Penev og Alex Kutana, en postdoktor ved Rice. "Vi har arbejdet på at karakterisere bor i årevis, fra burklynger til nanorør til høvleark, men det faktum, at disse papirer optrådte så tæt på hinanden, betyder, at disse laboratorier nu kan teste vores teorier, "Sagde Yakobson.

"I princippet, dette arbejde kunne også have været udført for tre år siden, "sagde han." Så hvorfor gjorde vi det ikke? Fordi materialet forblev hypotetisk; okay, teoretisk muligt, men vi havde ikke en god grund til at bære det for langt.

"Men så sidste efterår blev det klart fra faglige møder og interaktioner, at det kan laves. Nu bliver disse papirer udgivet. Når du tror, ​​det kommer for alvor, det næste udforskningsniveau bliver mere forsvarligt, "Sagde Yakobson.

Boratomer kan lave mere end ét mønster, når de kommer sammen som et 2-D-materiale, en anden egenskab, der forudsiges af Yakobson og hans team, der nu er blevet til virkelighed. Disse mønstre, kendt som polymorfer, kan tillade forskere at justere materialets ledningsevne "bare ved at vælge et selektivt arrangement af de sekskantede huller, Sagde Penev.

Han bemærkede også, at borens kvaliteter blev antydet, da forskere for mere end et årti siden opdagede, at magnesiumdiborit er en elektronisk superleder ved høj temperatur. "Folk indså for længe siden, at superledningen skyldes borlaget, "Penev sagde." Magnesium virker til at dope materialet ved at spilde nogle elektroner ind i borlaget. I dette tilfælde, vi har ikke brug for dem, fordi 2-D-boret allerede er metallisk. "

Penev foreslog, at isolering af 2-D-bor mellem lag af inert hexagonal bornitrid (alias "hvidt grafen") kan hjælpe med at stabilisere dets superledende natur.

Uden tilgængelighed af en tidsblok på flere store statslige supercomputere, undersøgelsen ville have taget meget længere tid, Sagde Yakobson. "Alex gjorde de tunge løft på beregningsarbejdet, "sagde han." Det har krævet en meget stor indsats at gøre det fra en diskussion ved frokosttid til et reelt kvantitativt forskningsresultat. "

Papiret er det første af Yakobsons gruppe om emnet superledning, selvom Penev er en offentliggjort forfatter om emnet. "Jeg begyndte at arbejde med superledning i 1993, men det var altid en slags hobby, og jeg havde ikke gjort noget om emnet i 10 år, "Sagde Penev." Så dette papir bringer det hele rundt. "