Superledares oändliga flöde av elektrisk ström kan ge nya alternativ för energilagring och supereffektiv elektrisk överföring och generering, för att bara nämna några fördelar. Men signaturen noll elektriskt motstånd för supraledare nås endast under en viss kritisk temperatur, hundratals grader Celsius under fryspunkten, och är mycket dyrt att uppnå.

Fysiker från universitetet i Belgrad i Serbien tror att de har hittat ett sätt att manipulera supertunn, waferliknande monolager av supraledare, som grafen, ett monolager av kol, därmed ändra materialets egenskaper för att skapa nya konstgjorda material för framtida enheter. Resultaten från gruppens teoretiska beräkningar och experimentella tillvägagångssätt publiceras i Journal of Applied Physics .

"Användningen av biaxiell dragpåkänning leder till en ökning av den kritiska temperaturen, antyder att det blir lättare att uppnå supraledning vid hög temperatur under påfrestning, " sade studiens första författare från universitetet i Belgrads LEX-laboratorium, Vladan Celebonovic.

Teamet undersökte hur konduktivitet inom lågdimensionella material, som litiumdopad grafen, förändrats när olika typer av krafter applicerade en "påkänning" på materialet. Töjningsteknik har använts för att finjustera egenskaperna hos skrymmande material, men fördelen med att belasta lågdimensionella material, bara en atom tjock, är att de kan uthärda stora påfrestningar utan att gå sönder.

Konduktiviteten beror på elektronernas rörelse, och även om det tog sju månaders hårt arbete att korrekt härleda matematiken för att beskriva denna rörelse i Hubbard-modellen, teamet kunde äntligen teoretiskt undersöka elektronvibrationer och transport. Dessa modeller, vid sidan av beräkningsmetoder, avslöjade hur stam introducerar kritiska förändringar av dopad grafen och magnesium-diborid monolager.

"Att utsätta ett lågdimensionellt material under påfrestningar ändrar värdena på alla materialparametrar; det betyder att det finns möjlighet att designa material enligt våra behov för alla typer av applikationer, sa Celebonovic, som förklarade att kombinationen av manipulation av stam med den kemiska anpassningsförmågan hos grafen ger potentialen för ett stort antal potentiella nya material. Med tanke på den höga elasticiteten, styrka och optisk transparens av grafen, tillämpbarheten kan vara långtgående – tänk flexibel elektronik och optoelektriska enheter.

Går man ett steg längre, Celebonovic och kollegor testade hur två olika tillvägagångssätt för stamkonstruktion av tunna monolager av grafen påverkade 2D-materialets gitterstruktur och konduktivitet. För "exfolierade" grafenark i flytande fas, teamet fann att sträckningar drog isär enskilda flingor och så ökade motståndet, en egenskap som kan användas för att tillverka sensorer, som pekskärmar och e-skin, ett tunt elektroniskt material som efterliknar funktionaliteten hos mänsklig hud.

"I atomkraftmikroskopistudien på mikromekaniskt exfolierade grafenprover, vi visade att de producerade dikena i grafen kunde vara en utmärkt plattform för att studera lokala förändringar i grafenledningsförmåga på grund av töjning. Och dessa resultat kan relateras till vår teoretiska förutsägelse om effekterna av belastning på konduktiviteten i endimensionella system, sa Jelena Pesic, en annan författare på tidningen, från universitetet i Belgrads grafenlaboratorium.

Även om teamet förutser många utmaningar för att realisera de teoretiska beräkningarna från denna uppsats experimentellt, de är glada över att deras arbete snart kan "revolutionera området för nanoteknik."