Hvordan man laver grafen superledende

At lave grafen-superledende har været en betydelig udfordring på grund af dens iboende svage elektron-fonon-kobling, som er den dominerende mekanisme for superledning i konventionelle materialer. Imidlertid har nyere forskning vist forskellige tilgange til at inducere superledning i grafen. Her er nogle metoder til at lave grafen superledende:

1. Nærhedseffekt:

- Denne metode går ud på at afsætte et tyndt lag af et superledende materiale, såsom niobium eller aluminium, oven på grafen. Når de to materialer er tæt på hinanden, kan metallets superledende egenskaber inducere superledning i grafenlaget.

2. Kemisk doping:

- Kemisk doping involverer at indføre fremmede atomer eller molekyler i grafengitteret, hvilket ændrer dets elektroniske egenskaber. Ved at indføre visse dopingmidler, såsom kalium eller calcium, kan elektron-fonon-koblingen forbedres, hvilket fører til superledning.

3. Strain Engineering:

- Ved at påføre grafen mekanisk belastning kan det ændre dets elektroniske struktur og forbedre elektron-fonon-koblingen. Dette kan opnås ved at strække eller komprimere grafen ved hjælp af forskellige teknikker, såsom substratbøjning eller mekanisk eksfoliering.

4. Underlagsteknik:

- Placering af grafen på et passende substrat kan inducere superledning. Substrater som hexagonal bornitrid (h-BN) har en gitterstruktur, der flugter godt med grafener, hvilket muliggør forbedret elektron-fonon-interaktion og fremmer superledningsevne.

5. Interkalation:

- At interkalere grafen med visse materialer, såsom alkalimetaller eller organiske molekyler, kan ændre dets elektroniske egenskaber og inducere superledning. Interkalation involverer indsættelse af arter mellem grafenlagene, modificering af interaktionerne mellem kulstofatomer.

6. Flerlagsgrafen:

- Stabling af flere lag af grafen kan skabe interlagsinteraktioner, der forbedrer superledningsevnen. Ved at kontrollere stablingssekvensen og mellemlags rotationsvinkler er det muligt at inducere superledende adfærd i flerlags grafensystemer.

7. Nærhedsinduceret superledning gennem elektrostatisk port:

- Anvendelse af et stærkt elektrostatisk felt på grafen kan fremkalde en nærhedseffekt selv uden direkte kontakt med en superleder. Denne metode involverer brug af en portelektrode til at inducere en superledende tilstand i grafen ved at kontrollere ladningstætheden.

8. Superledning i Twisted Tolayer Graphene:

- Vridning af to lag grafen i en specifik "magisk vinkel" har vist sig at inducere superledning i tolags grafensystemer. Dette fænomen, kendt som "twistronics", opstår fra de flade bånd dannet ved den magiske vinkel, som forbedrer elektron-elektron-interaktioner.

Disse tilgange har vist lovende resultater i at inducere superledning i grafen. Imidlertid forskes der stadig aktivt i feltet grafen-superledning, og yderligere undersøgelser er nødvendige for at opnå stabil og kontrollerbar superledende adfærd i grafen-baserede materialer til praktiske anvendelser.