Phosphoren afslører sin superledning

Et nyt atomisk tyndt materiale, der ligner grafen, har vist sig at være et lovende nyt superledende materiale.

Sort fosfor - et lagdelt materiale, noget ligner grafit – har skabt meget begejstring blandt videnskabsmænd og ingeniører på grund af dets mange interessante og nyttige elektroniske og optiske egenskaber.

Ligesom grafit består af millioner af lag grafen, sort phosphor består af lag af phosphoren, der kan isoleres. Ny forskning afslører nu, at fosforen har egenskaber lige så spændende som grafen.

Ved at kombinere grafen og andre nye 2D-materialer såsom fosforen, som individuelt har fremragende egenskaber, der komplementerer grafens ekstraordinære egenskaber, har resulteret i spændende videnskabelige udviklinger og kunne producere applikationer, der endnu overgår vores fantasi.

Nu hjælper fosfor forskerne med at besvare spørgsmålet om, hvorvidt materialer, der kun består af ét lag atomer, kan være superledende. Superledere leder elektricitet med nul modstand og er altid eftertragtede på grund af deres potentielle anvendelser i sensorer, energieffektive elledninger og magneter, der er i stand til at generere store magnetfelter, såsom dem, der bruges i MR-scannere og svævende tog.

Brug af fosfor, et team fra University of Manchester ledet af professor Irina Grigorieva viser tydeligt, at atomisk tynde materialer kan være ægte superledere, så længe der pumpes nok elektroner ind i lagene.

Atomisk tynde superledere er ønskelige i miniature-enheder, men også af stor interesse for videnskabsmænd, fordi de kan bruges til at teste ideer om grænserne for eksistensen af ​​superledning.

Bulkmaterialer bliver ofte superledende, hvis der tilføjes en tilstrækkelig mængde elektroner, og de begynder at interagere stærkt med hinanden. Superledning i et atoms tykke todimensionelle materialer blev opdaget for kun et årti siden, men resultaterne refererede ofte ikke til isolerede atomisk tynde lag, men deres bulksamlinger, og beviserne var indtil videre svage og nogle gange kontroversielle.

I en rapport offentliggjort i Naturkommunikation , videnskabsmænd brugte en proces kaldet intercalation - i det væsentlige belægning phosphoren lag i sort fosfor med forskellige alkali atomer, der donerer deres elektroner til phosphoren. I hvert tilfælde forvandlede dette sort fosfor til en superleder med nøjagtig de samme egenskaber, uanset hvilken slags atomer der blev brugt til at tilføje elektroner til lagene af phosphoren.

Prof Irina Grigorieva sagde:"Intet lignende var kendt før. Denne nye forståelse er vigtig for at udvikle atomtynde materialer til applikationer inden for elektronik og kvanteteknologier."

Renyan Zhang, en ph.d.-studerende, der ledede den eksperimentelle indsats, sagde:"Fosforen og dets modermateriale, sort fosfor, ligner i mange henseender grafen og grafit, så vi forventede, at hvert elektrondonerende metal vil producere en anden superleder, som det er tilfældet med grafen og grafit. Men til vores store overraskelse producerede alle metaldonorer nøjagtig det samme superledende materiale, med identiske egenskaber."