Недавняя работа учёных из Корнеллского университета позволила глубже понять, как графен достигает состояния сверхпроводимости. Команда определила, что максимальная температура, при которой скрученный двухслойный графен может демонстрировать сверхпроводимость, составляет 60 Кельвинов. Это важное открытие — результат строгих математических расчётов, что редко встречается в подобных исследованиях, и открывает новый взгляд на факторы, влияющие на сверхпроводимость.

«Это достижение даёт нам возможность исследовать новые механизмы и степени свободы, которые мы можем контролировать и оптимизировать, чтобы усилить сверхпроводящие свойства двухмерных материалов», — отметил Дебанджан Чоудхури, доцент кафедры физики в Корнеллском университете и соавтор исследования.

Скрученный двухслойный графен обладает уникальными возможностями. Если наложить два графеновых слоя с точным углом в 1,1 градуса — так называемым «магическим углом», — это приведёт к удивительным эффектам. Один из них заключается в возможности переключения материала между сверхпроводящим и изолирующим состояниями. Простое изменение электрического поля позволяет экспериментаторам управлять этим переходом, создавая материалы с совершенно разными электрическими свойствами.

В 2023 году Чоудхури и его коллега Дэн Мао разработали новую теоретическую методику, которая позволяет вычислить максимально возможную температуру сверхпроводимости для различных двумерных материалов. Применив эту методику к скрученному графену, исследователи получили точные расчёты, что открывает новые перспективы для создания материалов с повышенной сверхпроводимостью.

Сверхпроводимость — это явление, при котором электроны могут перемещаться по материалу без потери энергии, что возможно только при экстремально низких температурах. Скрученный двухслойный графен отличается тем, что его электроны движутся скоординированно, благодаря чему переход к сверхпроводимости происходит при относительно высокой температуре.

«Скрученный двухслойный графен позволяет исследовать множество уникальных свойств благодаря его гибкости. Температура и угол скручивания могут изменяться, что даёт возможность контролировать материал и исследовать его в разных состояниях, включая сверхпроводимость и изоляцию», — добавил Чоудхури.