Leiden fysiker och internationella kollegor från Genève och Barcelona har bekräftat mekanismen som gör magisk vinkel grafen supraledande. Detta är ett viktigt steg för att belysa högtemperatur supraledning, ett årtionden gammalt mysterium som är centralt för fysiken, vilket kan leda till tekniska genombrott.

Magiska vinkelmaterial bildar en överraskande nyligen upptäckt fysik. "Du tar ett ark grafen, " säger Sense Jan van der Molen, med hänvisning till det tvådimensionella materialet som består av kolatomer i ett sexkantigt mönster, "sedan lägger du ett annat lager ovanpå det och vrider det senare med 1 grad. På så sätt, du får plötsligt en supraledare."

Vid en temperatur på 1,7 Kelvin, vriden dubbelskiktsgrafen (tbg) leder elektricitet utan motstånd. Nu, Van der Molen, hans Leiden -kollega Milan Allan och internationella kollegor har äntligen bekräftat mekanismen bakom dessa fascinerande nya superledare.

I journalen Naturfysik , de visar att den lilla vridningen i grafen gör att elektronerna saktar ner tillräckligt för att känna av varandra. Detta gör det möjligt för dem att bilda de elektronpar som är nödvändiga för supraledning.

Moiré -mönster

Hur kan en så liten twist göra så stor skillnad? Detta är kopplat till moiré -mönster, ett fenomen som ses i vardagen. Till exempel, när två hönsnätsstängsel är framför varandra, man observerar ytterligare mörka och ljusa fläckar, orsakas av den varierande överlappningen mellan mönstren. Sådana moirémönster (från den franska moirern, att skrynkla) uppträder vanligtvis där periodiska strukturer överlappar varandra ofullständigt.

Twisted bilayer graphene är just en sådan situation:samspelet mellan de två sexkantiga kolgallren, lite vriden, gör att ett mycket större hexagonalt moirémönster uppstår. Genom att skapa denna nya periodicitet, interaktionen mellan elektronerna förändras, som ger dessa "långsamma" elektroner. I många papper, tydliga tecken på supraledning har uppmätts, men mellansteget med långsamma elektroner har varit mycket svårare att fastställa.

Letar efter lappar

"Du måste ha bra prover, " Van der Molen förklarar framgången. Lyckligtvis, medförfattarna från Barcelona är kända för att göra prover av hög kvalitet. "Nästa, du måste veta exakt var du ska leta." Även i ett bra exempel, den korrekta vridningsvinkeln uppnås endast i små fläckar av dubbelskiktsgrafen.

Van der Molens lågenergielektronmikroskop (LEEM) och Allans Scanning Tunneling Microscope (STM) hjälpte till att hitta exakt de lapparna.

Sedan, en grupp i Genève använde nano-ARPES, en bildteknik, för att påvisa avmattningen av elektronerna. Allan:"Många grupper försökte hårt för att göra det. Endast en annan grupp lyckades, och de har en parallell publicering."

Överkänsliga detektorer

Att belysa och sedan optimera denna typ av supraledning kan också leda till många tekniska tillämpningar, allt från förlustfri energitransport till överkänsliga ljusdetektorer.

Faktiskt, Michiel de Dood, även i Leiden, är nu banbrytande för sådana detektorer. Van der Molen:"Det är grundläggande arbete, men vi håller ögonen öppna för ansökningar också."