Графен, "украшенный" литием, становится сверхпроводником

В отличие от других материалов графен всегда является обычным электрическим проводником. Электроны способны проходить через этот материал при комнатной температуре, встречая очень малое сопротивление, что сулит массу новых возможностей в области электроники. При помощи специальных уловок у графена была инициирована даже запрещенная зона, наличие которой превратило его в полупроводник и в одну из альтернатив кремнию, самому распространенному полупроводниковому материалу на сегодняшний день. Несмотря на вышеперечисленные и массу других уникальных свойств никому до последнего времени не удавалось обнаружить или придать этому материалу свойства сверхпроводимости.

Однако, международная группа ученых из Канады и Германии в недалеком прошлом путем теоретических изысканий и расчетов математических моделей показала, что графен может быть превращен в сверхпроводник достаточно простым способом. Для этого требуется лишь осадить атомы лития на поверхность графеновой пленки и это открывает новые возможности для создания наноразмерных сверхпроводящих электронных устройств.

Сверхпроводники - это материалы, способные пропускать электрический ток без сопротивления. В обычных материалах электроны отталкиваются друг от друга и движутся, периодически сталкиваясь с ядрами атомов материала. В сверхпроводниках электроны формируют так называемые пары Купера, которые, в свою очередь, способны проходить через материал, не сталкиваясь с атомами, т.е. не встречая сопротивления. Ни графен, ни его "прародитель" - графит, не являются сверхпроводящими материалами в обычных условиях. Но около десятилетия назад было доказано, что графит можно превратить в сверхпроводник. Так почему же нельзя точно так поступить и с графеном?

Андреа Дамашелли (Andrea Damascelli), ученый из университета Британской Колумбии, Ванкувер, Канада, работая с коллегами из Европы, вырастил слои графена на подложке из карбида кремния. После этого в вакуумной камере при температуре 8 градусов Кельвина на поверхность графена были нанесены атомы лития. Наличие атомов лития сначала замедлило движение электронов, что привело к формированию так называемых фононом, квазичастицы, состоящей из упорядоченных колебаний кристаллической решетки материала. Эти фононы побудили электроны сцепиться в пары Купера, которые продолжили движение, не встречая сопротивления. Другими словами, материал превратился в сверхпроводник.

В этом явлении присутствует некий энергетический барьер. Энергия изначальных электронов должна быть достаточна для того, чтобы при их торможении раскачать кристаллическую решетку и сформировать стабильные фононы, которые побуждают электроны объединяться в куперовские пары. До того момента, когда энергии электронов недостаточно для того, чтобы проделать все это, "украшенный" литием графен остается обычным проводящим материалом, имеющим достаточно высокое электрическое сопротивление.

В ближайшем времени ученые собираются выяснить точную роль атомов лития во всех происходящих процессах, которая заключается в "оказании помощи" процессу формирования фононов, но пока ясна не до самого конца. И как только все это станет известно, станут известны и другие свойства экзотического материала, которым является "украшенный" графен и который можно будет использовать для изготовления наноразмерных сверхпроводящих электронных и квантовых устройств, включая и одно-электронные квантовые точки.