Графен, двумерный материал, состоящий исключительно из углерода, обнаружил необычные свойства, в том числе тепловую и электрическую проводимость, прозрачность и гибкость. В сочетании эти свойства становятся особенно интересными в эпоху сенсорных экранов и гибкой электроники.
«В отличие от трехмерных материалов, графен имеет высоту, уменьшенную до предельного размера атома. Следовательно, это плоскость атома углерода», - объясняет профессор Жан-Кристоф Шарлье, специалист по наноскопической физике из Института конденсированных сред и нанонаук Лувенского католического университета.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученый и его команда проанализировали поведение электронов, когда два слоя графена, наложенные друг на друга под углом 1,1 градуса (так называемый «магический угол»), создают эффект муара. Этот оптический эффект, хорошо известный фотографам, художникам и модным специалистам, представляет собой фигуру, состоящую из темных и светлых областей, образовавшуюся в результате наложения двух решеток. «Когда два слоя графена накладываются под этим магическим углом, они вызывают сверхпроводимость. Поэтому они проводят электричество без какого-либо сопротивления», - говорит профессор Шарлье.
Это свойство более чем полезно для транспортировки электричества без потерь энергии. «Мы показали, что две скрученные таким образом плоскости графена взаимодействуют и приводят к перестройке атомов в домены, в которых электроны захватываются и локализуются в пространстве». Однако, по определению, электроны имеют тенденцию удаляться друг от друга, отталкиваясь их соответствующими отрицательными зарядами. «Чтобы ограничить их взаимодействия, электроны могут самоорганизовываться, выровняв свой спин, который придает им магнитные свойства, или образуя изолятор, или спариваясь, чтобы произвести сверхпроводимость». Это последнее, что происходит в случае двухслойного графена, закрученного под магическим углом. Кроме того, ученые показали, что фононы, атомные частицы, ответственные за колебания в твердых материалах, также захватываются в доменах, образованных скрученным графеном.
Синтез новых двумерных материалов 2-D и наблюдение необычных свойств, которые могут быть получены из них, привели к повальному увлечению твистроникой (от англ. Twistronics), движимой идеей о том, что однажды можно будет создавать структуры с желаемыми свойствами словно «кирпичик за кирпичиком», или экстраполировать знания, полученные о простых материалах, таких как графен, на более сложные материалы, что позволяет лучше контролировать сверхпроводящие системы или обеспечивать их работу в повседневной жизни.
Примеры включают сверхпроводящие катушки в японских поездах магнитной левитации (Maglev), которые парят над рельсами, или сверхпроводящий магнит в оборудовании для магнитно-резонансной томографии (МРТ).
Источник: Phys.org
