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

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Genom manusia modern tertua, direkonstruksi menggunakan DNA tengkorak berusia 45 tahun

Tengkorak dari Gua Zlatyk dekat Praha ini adalah milik orang modern paling awal yang diketahui di Eropa. Penulis: Marek Jantach Tengkorak fosil seorang wanita...

Peralihan rahasia yang luar biasa terbuka yang dapat merevolusi pengobatan serangan jantung

Para peneliti di Victor Chang Institute for Heart Research di Sydney telah menemukan gen baru yang penting yang kami harap dapat membantu jantung manusia...

Newsletter

Subscribe to stay updated.