Sciencemag.cz
Doporučujeme
Jak je již několik let známo, dvě vrstvy grafenu pootočené vůči sobě o „magický úhel“ 1,1° mají ještě podivnější vlastnosti než samotný grafen. Dvojvrstva mj. funguje jako supravodič a předpokládá se, že na tomto základě by mohlo jít vytvořit supravodivost za pokojové teploty bez toho, aby bylo třeba extrémních tlaků.
Očekávalo se ovšem, že supravodivost ve dvojvrstvě grafenu bude vykazovat nějaké speciální vlastnosti a půjde o tzv. nekonvenční supravodič. Již řadu desetiletí známé supravodiče („konvenční“) fungují na základě tzv. Cooperových párů, jejichž vznik popsal nositel Nobelovy ceny za fyziku Leon Cooper. Tyto elektronové páry naruší krystalovou mřížku v materiálu a díky tomu mohou proudit prakticky bez odporu. Elektrony v páru se stále odpuzují a tím je omezena vzdálenost, na kterou se mohou k sobě přiblížit. Kdybychom dokázali odpuzování elektronů snížit, supravodivý stav by se stal robustnějším (poznámka: míněno odolnější k vnějšímu magnetickému poli, přetrvávající i při vyšší teplotě atd.). Takový je mechanismus u konvenčních polovodičů, u grafenu se očekávala spíše přítomnost nějakých jiných jevů.
Jia Li a jeho kolegové z Brown University nyní provedli s dvojvrstvým „magickým“ grafenem právě experiment snižující odpuzování mezi elektrony. K tomu stačilo umístit do těsné blízkosti jiný typ grafenu, tzv. Bernalovu dvojvrstvu. Kladná místa v této dvojvrstvě pak přitahovala elektrony z „magického“ grafenu, což se projevilo tzv. Coulombovým screeningem: efektivní odpudivá síla mezi elektrony v magickém grafenu klesla. Bernalova vrstva lze navíc pomocí kolmého elektrického napětí přepínat mezi vodičem a izolátorem, přičemž oslabování odpudivé interakce by mělo probíhat pouze v režimu vodivosti.
A všechno fungovalo podle popsaných pravidel. Přepnutí Bernalovy dvojvrstvy na vodič snížilo odpuzování mezi elektrony ve vlastním grafenovém supravodiči, elektrony se mohly ještě více přiblížit a supravodivost pak přetrvávala i za vyšších teplot a nebylo tak snadné ji zničit vnějším magnetickým polem. Jenže právě takhle fungují konvenční supravodiče. Pokud je grafen s magickým úhlem nekonvenční supravodič, jak se dosud předpokládalo, bude odpovídající speciální jevy ještě třeba odhalit. V tomto pokusu se žádnou nečekanou/neznámou fyziku odhalit najít nepodařilo.
Na experimentech byla zajímavá i obrovská přesnost na úrovni nanometrů, která byla potřeba k jejich realizací (přesné nastavení úhlů, vzdáleností vrstev ve dvojvrstvách i dvojvrstev od sebe atd.).
Xiaoxue Liu et al, Tuning electron correlation in magic-angle twisted bilayer graphene using Coulomb screening, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abb8754
Zdroj: Brown University / Phys.org
