Jennifer Chu, Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Bu qrafik elektronların rombboedral beşqatlı qrafen vasitəsilə müqavimət olmadan cütləşib axmasının üç fərqli yolunu göstərir. Üç fərqli ifratkeçirici vəziyyət (müxtəlif rənglərlə təmsil olunur) təəccüblü şəkildə davam edir və hətta normal olaraq ifratkeçiriciliyi öldürən maqnit sahəsində gücləndirilə bilər. Müəllif: Amy Pan, RLE

Qələm qurğuşunundakı adi qrafit mikromiqyasda təəccüblü dərəcədə çoxşaxəli olduğunu sübut edir. Nature jurnalında dərc olunmuş bir araşdırmada MIT tədqiqatçıları təbii qrafitdə tapılan müəyyən bir mikroskopik quruluşun birdən çox ifrat keçirici vəziyyətə sahib ola biləcəyini bildirirlər. İfrat keçiricilik, elektronların cütləşdiyi və sıfır müqavimətə malik bir materialdan keçdiyi bir maddənin elektron vəziyyətidir.

Minlərlə materialın ifrat keçirici kimi tanınması ilə yanaşı, bir materialın birdən çox ifrat keçiricilik formasına sahib olması nadir haldır.

Tədqiqatçılar qrafen kimi tanınan qrafitin atom baxımından nazik aşınmalarında çoxsaylı ifratkeçirici halları kəşf etdilər. Xüsusilə, qrafen mikroskopik qəfəsdə dəqiq şəkildə düzülmüş tək atomlu nazik karbon atomları təbəqəsidir. Komanda kəşflərini dörd və ya beş qrafen təbəqəsindən ibarət qrafitin içərisindəki təbii bir quruluş olan rombboedral qrafen nümunələrində etdi.

Maraqlıdır ki, tədqiqatçılar rombboedral qrafendəki yeni ifratkeçirici vəziyyətlərin bir neçəsinin normal olaraq ifratkeçiriciliyi öldürən bir maqnit sahəsinin mövcudluğunda davam edə biləcəyini aşkar etdilər.

Daha bir sürpriz hal, bu ifrat keçirici hallar maqnit sahəsinə məruz qaldıqda daha da güclənir.

Ümumilikdə, tapıntılar zahirən sadə bir materialda qeyri-ənənəvi ifrat keçirici vəziyyətlərin yeni bir ailəsini ortaya qoyur.

MIT-də Fizika üzrə dosent Long Ju, Lourens C. və Sara V. Bidenharn deyir ki, “İnsanlar bunun sadə, darıxdırıcı bir karbon materialı olduğunu düşünə bilərlər. Lakin biz bu materialı elektrik gərginlikləri kimi müəyyən eksperimental “düymələri” tənzimləməklə idarə edə bilərik. Sadə bir fiziki materialın bu qədər fərqli ifrat keçiricilik xüsusiyyətləri nümayiş etdirə bilməsi belədir.”

Çoxsaylı ifratkeçirici vəziyyətlərin hər birinin necə yarandığı və ya normalda ifratkeçiriciliyin azalması lazım olduğu halda, maqnit sahəsi altında necə davam edə bildikləri hələ də dəqiq məlum deyil.

Ju deyir: “Fundamental fizika baxımından, maqnit sahəsinin superkeçiriciliyi öldürməməsi, əksinə onu gücləndirməsi çox ekzotikdir. Biz bir çox eksperimental nəticələr təqdim etdik və insanların burada baş verənlər haqqında düşünməyə çalışmaq üçün mənimsəyə biləcəkləri qida maddələrini təmin etdik.”

Tədqiqatın MIT həmmüəllifləri arasında həmmüəlliflər Junseok Seo və Shenyong Ye, eləcə də Tonghang Han, Zhenghan Wu, Wei Xu, Jixiang Yang, Emily Aitken, Prayoga Liong, Phatthanon Pattanakanvijit, Zach Hadjri və Mingda Li var. Xarici əməkdaşlar həmmüəlliflər Armel Cotten və İsveçrənin Bazel Universitetindəki Dominik Zumbuhl qrupunun üzvləri, üstəgəl Florida Dövlət Universiteti, Florida Universiteti, Geynsvill və Yaponiyadakı Milli Material Elmləri İnstitutunun digər mütəxəssisləridir.

Təbii addımlar

Qrafen və digər atom baxımından nazik, ikiölçülü materiallar gözlənilməz elektron, maqnit, istilik və fiziki xüsusiyyətlər nümayiş etdirə bilər. İki və ya daha çox qrafen təbəqəsi dəqiq istiqamətlərdə üst-üstə yığılıb büküldükdə, “sehrli bucaq” strukturu qəfildən qəribə və ekzotik hadisələrə ev sahibliyi edə bilər.

Ju-nun qrupu qrafenin müstəsna xüsusiyyətlərini araşdırır. Lakin tədqiqatçılar təbəqələri süni şəkildə üst-üstə yığmaq və bükmək əvəzinə, təbii olaraq meydana gələn qrafen strukturlarında maraqlı davranışlar axtarıblar. Son illərdə onlar rombboedral qrafendə təəccüblü elektron xüsusiyyətləri aşkar ediblər. Bu xüsusi konfiqurasiya pilləkən pilləkənlərinə bənzər şəkildə bir-birinin üstünə yığılmış qrafen təbəqələrindən ibarətdir və hər biri əvvəlkindən bir qədər kənara çıxıb.

Rombboedral qrafen təbii olaraq adi qrafitdə tapıla bilər. Lakin onu tapmaq üçün əvvəlcə qrafit blokunun aşındırılması (adətən skotç lenti ilə), sonra aşındırılmış nümunədə pilləkənə bənzər naxış axtarılmalıdır ki, tədqiqatçılar daha sonra onu təcrid edə bilsinlər.

Bu yanaşmadan istifadə edərək, Ju və həmkarları dörd və beş qatlı rombboedral qrafen nümunələrini təcrid edib araşdıra biliblər. Onlar indiyə qədər strukturun digər davranışlarla yanaşı, nadir, “xiral” formada superkeçiriciliyə, eləcə də fraksiya elektron yükünə sahib ola biləcəyini aşkar ediblər.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Axında

Yeni tədqiqatları üçün komanda rombboedral qrafenin öyrənilməsində bir az fərqli yanaşma tətbiq etdi. Əvvəllər tədqiqatçılar nümunələrini elektriklə “doping” edir, materiala ayrı bir elektrik cərəyanı keçirdikcə elektronları tədricən əlavə edirdilər. Daha sonra gərginliyi və ya əsasən cərəyanı materialdan itələyən qüvvəni ölçdülər və gərginliyin sıfıra düşdüyü halları axtardılar ki, bu da cərəyanın müqavimətsiz keçdiyini göstərir.

Bu şəkildə, komanda rombboedral qrafenə elektron əlavə edərkən superkeçiricilik müşahidə etdi. Beləliklə, tədqiqatçılar düşündülər: Əgər əksini etsələr və elektronları götürsələr, nə baş verə bilər?

Yeni tədqiqatda, komanda, elektrik müqavimətini ölçmək üçün ayrıca xarici elektrik cərəyanı tətbiq edərkən, rombboedral qrafendən elektronları diqqətlə çıxararkən və materialın elektron sıxlığını tədricən azaltdıqda superkeçiricilik əlamətlərini axtardı. Bu təcrübələrdə onlar həmçinin qrafen müstəvisinə paralel və perpendikulyar istiqamətlər boyunca xarici maqnit sahəsi tətbiq etdilər. Təcrübələr, İsveçrədəki Zumbuhl qrupu ilə əməkdaşlıq çərçivəsində aparıldı və bu qrup qrafen nümunələrinin yüksək maqnit sahələrinə və ultra soyuq temperaturlara məruz qala biləcəyi laboratoriya qurğusuna çıxış təmin etdi.

Bu təcrübələrdə tədqiqatçılar müəyyən elektron sıxlıqlarında dörd fərqli ifratkeçirici vəziyyətin yarandığını aşkar etdilər. Üstəlik, vəziyyətlərdən üçünün nisbətən yüksək maqnit sahəsinin mövcudluğunda davam etdiyini müəyyən etdilər.

Normalda, maqnitlər materialdan keçən cütləşmiş elektronlar arasındakı əlaqəni kəsərək superkeçiriciliyi məhv edir.

Lakin Ju-nun təcrübələrində komanda, Yerin maqnit sahəsindən təxminən 180.000 dəfə güclü olan təxminən 9 Tesla qədər maqnit sahəsində sağ qalan üç ifrat keçirici vəziyyət müşahidə etdi. Bu hallarda, tətbiq etdikləri maqnit sahəsi materialın müstəvisinə nisbətən paralel istiqamətdə idi.

Maqnit sahəsini perpendikulyar istiqamətə keçirdikdə, başqa bir sürpriz aşkar etdilər: Müəyyən bir elektron sıxlığında superkeçiricilik nəinki davam etdi, həm də artdı. Material proqnozlaşdırılandan daha yüksək temperaturlarda superkeçiriciliyə davam edə bildi.

Hər bir ifrat keçirici materialın elektronların müqavimət göstərmədən keçirə biləcəyi və yuxarıda ifrat keçiriciliyin davam edə bilməyəcəyi kritik bir temperaturu var. Lakin komanda müəyyən bir elektron sıxlığında və perpendikulyar maqnit sahəsinin mövcudluğunda rombboedral qrafendəki ifrat keçiriciliyin materialın sıfır maqnit sahəsinə uyğun olan kritik temperaturundan kənarda yaşaya bildiyini aşkar etdi.

Ju izah edir ki, “Superkeçiricilik əslində artır, məsələn, keçid temperaturu 55 millikelvindən təxminən 90 millikelvinə qədər dəyişir. Eyni zamanda, superkeçiricilik məhv olana qədər material daha 50 və ya 60 faiz əlavə cərəyan qəbul edə bilər. Və bu, çox qeyri-adi haldır.”

Tədqiqatçılar bir neçə qeyri-ənənəvi ifratkeçirici vəziyyətə hansı mikroskopik davranışın səbəb olduğuna əmin deyillər, baxmayaraq ki, onlar bir fikir irəli sürürlər. Ənənəvi ifratkeçiricilik elektronlar cütləşdikdə ortaya çıxır. Bu “Kuper cütləri” əks spinli elektronlardan ibarətdir və maqnit sahəsinin spinləri əks konfiqurasiyalarından çıxara və nəticədə ifratkeçiriciliyi poza biləcəyi düşünülür.

Bunun əvəzinə, komanda təklif edir ki, bəlkə də rombboedral qrafendə və müəyyən elektron sıxlıqlarında elektronlar hizalanmış spinlərlə cütləşə bilər. İstənilən maqnit sahəsi yenə də spinləri çəkəcək, lakin eyni istiqamətdə, onların hizalanmasını və superkeçiriciliyini qoruyacaq.

Tədqiqatçılar bu ideyanın həm eksperimental, həm də nəzəri cəhətdən daha çox araşdırmaya ehtiyacı olduğunu qəbul edirlər. Hələlik, onlar nəticələri düzgün ölçmə və nəzarət vasitələri ilə sadə görünən bir materialda hansı yeni və ekzotik hadisələrin ortaya çıxa biləcəyinin nümayişi kimi görürlər.

Ju qrupunun aspirantı, aparıcı müəllif Junseok Seo deyir: “Biz ən sadə kimyəvi maddələri – karbonu – idarə edə və materialı struktur olaraq dəyişdirə bilərik ki, bu da əyləncəmizin bir hissəsidir. Biz yalnız təbiətin bizə verdiyi şeylərlə məşğul olmuruq, həm də onu təbiətin bizə vermədiyi, lakin eyni materialda mövcud ola bilən bir şeyə dəyişdirmək üçün əlavə nəzarət tətbiq edirik.”

Nəşr detalları

Junseok Seo və digərləri, Rombohedral qrafendə maqnit sahəsi ilə gücləndirilmiş superkeçiricilər ailəsi, Təbiət (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10815-x

Jurnal məlumatı: Təbiət 

Əsas anlayışlar

qrafitSuperkeçiricilik2 ölçülü sistemlər

Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilir