Forskare har hittat ett sätt att trigga det medfödda, men tidigare gömd, grafens förmåga att fungera som en supraledare - vilket betyder att den kan fås att bära en elektrisk ström med noll motstånd.

Fyndet, rapporterade i Naturkommunikation , ytterligare förbättrar potentialen för grafen, som redan ses allmänt som ett material som kan revolutionera industrier som hälso- och sjukvård och elektronik. Grafen är ett tvådimensionellt ark av kolatomer och kombinerar flera anmärkningsvärda egenskaper; till exempel, den är väldigt stark, men också lätt och flexibel, och mycket ledande.

Sedan upptäckten 2004, Forskare har spekulerat i att grafen också kan ha kapacitet att vara en supraledare. Tills nu, supraledning i grafen har endast uppnåtts genom att dopa det med, eller genom att placera den på, ett supraledande material - en process som kan äventyra några av dess andra egenskaper.

Men i den nya studien, forskare vid University of Cambridge lyckades aktivera den vilande potentialen för grafen att supraledning i sin egen rätt. Detta uppnåddes genom att koppla det med ett material som kallas praseodymium cerium kopparoxid (PCCO).

Supraledare används redan i många applikationer. Eftersom de genererar stora magnetfält är de en viktig komponent i MRI-skannrar och svävande tåg. De skulle också kunna användas för att tillverka energieffektiva kraftledningar och enheter som kan lagra energi i miljontals år.

Supraledande grafen öppnar upp för ännu fler möjligheter. Forskarna föreslår, till exempel, att grafen nu kunde användas för att skapa nya typer av supraledande kvantenheter för höghastighetsberäkningar. Spännande nog, det kan också användas för att bevisa existensen av en mystisk form av supraledning känd som "p-vågs" supraledning, som akademiker har kämpat för att verifiera i mer än 20 år.

Forskningen leddes av Dr Angelo Di Bernardo och Dr Jason Robinson, Fellows vid St John's College, Universitetet i Cambridge, tillsammans med medarbetare professor Andrea Ferrari, från Cambridge Graphene Centre; Professor Oded Millo, från hebreiska universitetet i Jerusalem, och professor Jacob Linder, vid Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet i Trondheim.

"Det har länge antagits att under rätt förutsättningar, grafen bör genomgå en supraledande övergång, men kan inte, " sade Robinson. "Idén med detta experiment var, om vi kopplar grafen till en superledare, kan vi slå på den inneboende supraledningsförmågan? Frågan blir då hur vet du att supraledningsförmågan du ser kommer inifrån grafenen själv, och inte den underliggande supraledaren?"

Liknande tillvägagångssätt har tagits i tidigare studier med metallbaserade supraledare, men med begränsad framgång. "Att placera grafen på en metall kan dramatiskt förändra egenskaperna så att den tekniskt sett inte längre beter sig som vi skulle förvänta oss, " sa Di Bernardo. "Det du ser är inte grafens inneboende supraledning, utan bara att den underliggande supraledaren förs vidare."

PCCO är en oxid från en bredare klass av supraledande material som kallas "kuprater". Den har också välkända elektroniska egenskaper, och använder en teknik som kallas skannings- och tunnelmikroskopi, forskarna kunde skilja supraledningsförmågan i PCCO från supraledningsförmågan i grafen.

Superledningsförmåga kännetecknas av hur elektronerna interagerar:inom en superledare bildar elektroner par, och spinninriktningen mellan elektronerna i ett par kan vara olika beroende på typen - eller "symmetri" - av supraledning som är involverad. I PCCO, till exempel, parens spinntillstånd är felinriktat (antiparallellt), i vad som är känt som ett "d-vågstillstånd".

Däremot när grafen kopplades till supraledande PCCO i det Cambridge-ledda experimentet, resultaten antydde att elektronparen i grafen var i ett p-vågstillstånd. "Det vi såg i grafenet var, med andra ord, en helt annan typ av supraledning än i PCCO, ", sa Robinson. "Detta var ett riktigt viktigt steg eftersom det innebar att vi visste att supraledningsförmågan inte kom utifrån och att PCCO därför bara krävdes för att släppa lös den inneboende supraledningsförmågan hos grafen."

Det är fortfarande oklart vilken typ av supraledning laget aktiverade, men deras resultat indikerar starkt att det är den svårfångade "p-våg"-formen. Om så är fallet, studien kan förändra den pågående debatten om huruvida denna mystiska typ av supraledning existerar, och - i så fall - exakt vad det är.

1994, forskare i Japan tillverkade en triplett superledare som kan ha en p-vågsymmetri med hjälp av ett material som kallas strontiumrutenat (SRO). P-vågssymmetrin för SRO har aldrig verifierats helt, delvis hindrat av det faktum att SRO är en skrymmande kristall, vilket gör det utmanande att tillverka till den typ av enheter som krävs för att testa teoretiska förutsägelser.

"Om p-vågssupraledning verkligen skapas i grafen, grafen skulle kunna användas som en ställning för att skapa och utforska ett helt nytt spektrum av supraledande enheter för grundläggande och tillämpade forskningsområden, ", sa Robinson. "Sådana experiment skulle nödvändigtvis leda till ny vetenskap genom en bättre förståelse av p-vågssupraledning, och hur den beter sig i olika enheter och inställningar."

Studien har också ytterligare implikationer. Till exempel, det tyder på att grafen skulle kunna användas för att göra en transistorliknande enhet i en supraledande krets, och att dess supraledning skulle kunna införlivas i molekylär elektronik. "I princip, med tanke på mångfalden av kemiska molekyler som kan binda till grafens yta, denna forskning kan resultera i utvecklingen av molekylära elektronikenheter med nya funktioner baserade på supraledande grafen, ", tillade Di Bernardo.