Terobosan Grafena Trilayer Ilmuwan Harvard Membuka Pintu ke Superkonduktor Suhu Tinggi

Performa artistik dari lapisan tiga graphene yang dihancurkan. Kredit: Polina Shmatkova & Margarita Davydova

Pada tahun 2018, dunia fisika dibakar dengan penemuan bahwa lapisan karbon yang sangat tipis disebut graphene, ditumpuk dan diputar pada “sudut ajaib”, karena struktur lapisan ganda yang baru menjadi superkonduktor, memungkinkan listrik bersirkulasi tanpa hambatan atau pemborosan energi. Sekarang, secara harfiah, ilmuwan Harvard telah memperluas sistem superkonduktor dengan menambahkan lapisan ketiga dan memutarnya, membuka pintu untuk kemajuan lanjutan dalam superkonduktivitas berbasis graphene.

Pekerjaan itu dijelaskan dalam artikel baru di Ilmu dan mungkin suatu hari nanti membantu menghasilkan superkonduktor yang beroperasi pada suhu yang lebih tinggi atau bahkan mendekati suhu kamar. Superkonduktor ini dianggap sebagai cawan suci fisika materi terkondensasi karena mereka akan memungkinkan revolusi teknologi yang luar biasa di banyak bidang termasuk transmisi listrik, transportasi, dan komputasi kuantum. Kebanyakan superkonduktor saat ini, termasuk struktur graphene lapis ganda, beroperasi hanya pada suhu sangat dingin.

“Superkonduktivitas dalam graphene bengkok menyediakan fisikawan dengan sistem pemodelan terkontrol yang dapat diakses secara eksperimental dan teoritis di mana mereka dapat bermain dengan properti sistem untuk memecahkan kode rahasia superkonduktivitas suhu tinggi,” kata Andrew Zimmerman, seorang peneliti postdoctoral dalam dokumen tersebut. bekerja di laboratorium fisika Harvard Philip Kim.

Graphene adalah aatom– lapisan tebal atom karbon yang 200 kali lebih kuat dari baja tetapi sangat fleksibel dan lebih ringan dari kertas. Ini hampir selalu dikenal sebagai konduktor panas dan listrik yang baik tetapi sangat sulit untuk dikelola. Eksperimen yang membuka teka-teki bistrene graphene yang terjalin telah berlangsung sejak saat itu Dengan fisikawan Pablo Jarillo-Herrero dan kelompoknya adalah pelopor dalam bidang baru “twistronics” dengan eksperimen mereka pada tahun 2018 di mana mereka menghasilkan superkonduktor graphene dengan memutarnya ke sudut ajaib 1,1 derajat.

Ilmuwan Harvard berhasil melaporkan tumpukan tiga lembar graphene dan kemudian memelintirnya masing-masing ke dalam sudut ajaib itu untuk menghasilkan struktur tiga lapis yang tidak hanya mampu menghasilkan superkonduktivitas, tetapi menghadapinya dengan lebih kuat dan pada suhu yang lebih tinggi. graphene bertumpuk ganda. Sistem yang baru dan lebih baik ini juga sensitif terhadap medan listrik yang diterapkan secara eksternal yang memungkinkannya menyetel tingkat superkonduktivitas dengan meningkatkan kekuatan medan tersebut.

“Ini memungkinkan kami untuk mengamati superkonduktor dalam dimensi baru dan memberi kami petunjuk penting tentang mekanisme yang mendorong superkonduktivitas,” kata penulis utama studi lainnya Zeyu Hao, Ph.D. siswa di Sekolah Pascasarjana Seni dan Sains yang juga bekerja di Grup Kim.

Salah satu mekanisme ini sangat menarik para ahli teori. Sistem trilayer telah menunjukkan bukti bahwa superkonduktivitasnya disebabkan oleh interaksi yang kuat antara elektron yang berlawanan dengan yang lemah. Jika benar, ini mungkin tidak hanya membantu membuka jalan untuk superkonduktivitas suhu tinggi, tetapi kemungkinan aplikasi dalam komputasi kuantum.

“Dalam superkonduktor konvensional, elektron bergerak dengan kecepatan tinggi dan terkadang menerobos dan mempengaruhi satu sama lain. Dalam kasus ini, kami mengatakan bahwa efek interaksinya lemah, “kata Eslam Khalaf, rekan penulis studi dan rekan postdoctoral yang bekerja di laboratorium profesor fisika Harvard Ashvin Vishwanath.” Sementara superkonduktor berinteraksi dengan lemah, mereka rapuh dan hilang. superkonduktivitas ketika dipanaskan ke beberapa Kelvin, superkonduktor berpasangan kuat jauh lebih tahan tetapi kapasitifnya jauh lebih sedikit. Mencapai superkonduktivitas penggandengan yang kuat dalam sistem yang sederhana dan merdu karena lapisan tiga dapat membuka jalan untuk akhirnya mengembangkan pemahaman teoretis tentang superkonduktor berpasangan kuat untuk membantu mencapai tujuan superkonduktor suhu tinggi, bahkan mungkin ruangan. “

Para peneliti berencana untuk terus mengeksplorasi sifat superkonduktivitas yang tidak biasa ini dalam studi lebih lanjut.

“Semakin kita memahami, semakin baik kesempatan kita untuk meningkatkan suhu transisi superkonduktor,” kata Kim.

Referensi: 4 Februari 2021, Ilmu.

Pendanaan: National Science Foundation, Department of Defense, Simons Collaboration on Ultra-Quantum Matter

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

36 galaksi kerdil secara bersamaan memiliki “baby boom” bintang baru

Penemuan tak terduga Rutgers menantang teori modern tentang bagaimana galaksi tumbuh, dan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang alam semesta. Penulis: Universitas Rutgers-New Brunswick Sungguh...

Banyak pasien dengan COVID-19 menghasilkan respons imun yang menyerang jaringan dan organ mereka sendiri.

Sebuah studi yang dipimpin oleh University of Birmingham, yang didanai oleh Konsorsium Imunologi Coronavirus Inggris, menemukan bahwa banyak pasien dengan COVID-19 menimbulkan respons kekebalan...

Sains mudah dibuat: apa itu neutrino steril?

Neutrino steril adalah jenis neutrino khusus yang telah diusulkan untuk menjelaskan beberapa hasil eksperimen yang tidak terduga, tetapi belum ditemukan secara pasti. Para...

Kekeringan jangka panjang mengambil alih AS bagian barat – Tanah dan tanaman berjatuhan

5 Juni 2021 Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda sebagian besar wilayah Amerika Serikat dari Pegunungan Rocky hingga Pantai Pasifik. Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda...

Energi matahari dan angin dapat meredakan konflik di sekitar bendungan Renaisans Ethiopia di timur laut Afrika

Megaplatinum terletak di Ethiopia, dekat perbatasan dengan Sudan. Ini adalah pembangkit listrik tenaga air terbesar di Afrika. Penulis: © Google Sebuah studi baru...

Newsletter

Subscribe to stay updated.