تیمی از محققان مؤسسه علم و فناوری اتریش (ISTA) و مؤسسه علوم Weizmann بررسی کردهاند که وقتی چهار ورقه از گرافن روی هم قرار میگیرند چه اتفاقی میافتد و چگونه میتواند اشکال جدید عجیب و غریبی از ابررسانایی را تشکیل دهد.
به گزارش تکناک، ورقه ای از مواد را تصور کنید که فقط به اندازه یک لایه اتم ضخامت دارد. اگرچه این ممکن است خارق العاده به نظر برسد، اما چنین ماده ای وجود دارد که گرافن نامیده می شود و از اتم های کربن در آرایش لانه زنبوری ساخته شده است.
گرافن اولین بار در سال 2004 سنتز شد و در ادامه به عنوان ماده ای با ویژگی های شگفت انگیز مورد استقبال قرار گرفت. دانشمندان در حال پژوهش برای درک بیشتر خواص گرافن هستند. آرگ قازاریان و پروفسور ماکسیم سربین در مؤسسه علم و فناوری اتریش (ISTA) سالهاست که بر روی گرافن مطالعه میکنند و اکنون جدیدترین یافتههای خود را در مورد خواص ابررسانایی آن در یک مقاله تحقیقاتی در 2 مارس در مجله Physical Review B منتشر کردهاند.
قازاریان توضیح میدهد: گرافن چندلایه، ویژگیهای امیدوارکننده زیادی دارد، از ساختار نواری با قابلیت تنظیم گسترده و خواص نوری خاص گرفته تا اشکال جدید ابررسانایی. این ویژگی ها به این معنی است که گرافن چند لایه میتواند جریان الکتریکی را بدون مقاومت هدایت کند. در مدل نظری خود، ما به کار بر روی گرافن چند لایه ادامه میدهیم و به آرایشهای مختلف صفحات گرافن چند لایه را بررسی می کنیم. در این بررسی ها، ما پتانسیل های جدیدی برای ایجاد گرافن های چند لایه به نام ابررسانایی توپولوژیکی پیدا کردیم. در مطالعه خود، محققان با استفاده از شبیه سازی رایانه ای بررسی کردند که وقتی چند لایه ورقه گرافن را به روش های خاصی روی هم قرار می دهید، چه اتفاقی می افتد.
مسابقه زیبایی الکترونی
سربین میافزاید: این مانند یک مسابقه زیبایی بزرگ در میان پیکربندیهای مختلف ورقههای انباشته گرافن برای یافتن بهترین است. در این رقابت، ما به چگونگی رفتار الکترونهایی که در گرافن چندلایه حرکت میکنند نگاه میکنیم. بسته به نحوه جابجایی لایههای مختلف گرافن نسبت به یکدیگر و تعداد لایهها، هسته اتمهای کربن با بار مثبت در شبکه لانه زنبوری، محیطهای متفاوتی را برای الکترونهای اطراف خود ایجاد میکنند. الکترون های با بار منفی توسط هسته ها جذب شده و توسط یکدیگر دفع می شوند. ما با بررسی مدلهای واقعبینانه با در نظر گرفتن اینکه تنها یک الکترون که با هستههای گرافن برهمکنش میکند، شروع کردیم. قازاریان توضیح میدهد که وقتی یک رویکرد امیدوارکننده پیدا کردیم، برهمکنشهای پیچیدهتری بین تعداد بیشتری از الکترونها را اضافه کردیم. با این رویکرد، محققان وقوع شکل عجیب و غریب ابررسانایی توپولوژیکی را تایید کردند.
به دنبال بازخورد از طبیعت
قازاریان میگوید: این نوع تحقیقات نظری، پایههایی را برای آزمایشهای آینده بنا می کند که محققان سیستمهای گرافن شبیهسازی شده را در آزمایشگاه ایجاد کنند تا ببینند آیا واقعاً مطابق پیشبینیها رفتار میکنند یا خیر؟ کار ما به دانشمندان کمک میکند تا بدون نیاز به آزمایش هر پیکربندی از لایههای گرافن، تنظیمات جدیدی طراحی کنند. اکنون، تحقیقات نظری ادامه خواهد داشت در حالی که آزمایشها بازخوردی از طبیعت به ما میدهند.
در حالی که گرافن به آرامی کاربردهایی در تحقیقات و فناوری پیدا کرده است، به عنوان مثال به عنوان نانولوله های کربنی، پتانسیل آن به عنوان یک ابررسانای توپولوژیکی برای الکتریسیته اکنون در حال درک شدن است. سربین می افزاید: امیدواریم روزی بتوانیم این نوع مواد را به طور کامل در سطح مکانیک کوانتومی توصیف کنیم، هم به دلیل ارزش ذاتی تحقیقات علمی در خصوص ویژگی های بنیادی ماده و هم برای کاربردهای بالقوه گرافن.
زیر نویس شکل ها
نتیجه شبیه سازی لایه های گرافن انباشته شده. این تصویر به اصطلاح انحنای Berry را نشان می دهد که ویژگی توپولوژیکی ابررسانایی را تایید می کند.
چهار لایه گرافن در فرم انباشته شدن ABCA. چهار ورقه اتم کربن در شبکههای لانه زنبوری دو بعدی که روی هم چیده شدهاند و هر کدام نسبت به زیر آن به سمت چپ جابجا شدهاند. لایه بالایی آنقدر جابجا شده است که ساختار آن دوباره با لایه پایین تراز می شود.
