Grafen v elektronovém mikroskopu. Kredit: U.S. Army Materiel Command / Wikimedia Commons.

Asi není nutné zdůrazňovat, že grafen je výjimečný materiál. Atomy uhlíku uspořádané v jediné vrstvě šestiúhelníků mu poskytují vlastnosti, které byste do něj na první pohled nejspíš neřekli. Grafen může fungovat jako supravodič, vytváří exotickou formu magnetismu a fyzici v něm našli doposud neznámé kvantové stavy.

Andre Geim (2018). Kredit: Bengt Oberger, Wikimedia Commons.

Nový výzkum, na němž se podílel i Andre Geim z britské University of Manchester, jeden z objevitelů grafenu v roce 2004, nedávno vystopoval další pozoruhodnou vlastnost tohoto materiálu. Grafen vykazuje doslova rekordní magnetorezistenci, aniž by ho bylo nutné vystavit teplotě blízké absolutní nule.

Magnetorezistence je schopnost materiálu změnit elektrický odpor vlivem působení magnetického pole. Jde o relativně vzácnou vlastnost, která je přitom žádaná v řadě různých aplikací. Obvykle bývá vázána na extrémně nízké teploty. Grafen ovšem podle všeho přímo vybízí k různým experimentům.

Jak trefně poznamenal Geimův kolega Alexey Berdyugin, při výzkumu grafenu se prakticky všichni soustředí na objevování jeho doposud nepoznaných vlastností při teplotě kapalného helia.

Logo. Kredit: University of Manchester.

Pokojovou teplotu okázale ignorují. Jejich výzkumný tým se to rozhodl změnit a vystavil vysoce kvalitní grafen magnetickým polím v pokojových podmínkách. Pak sledovali, co se bude dít.

Badatelé zjistili, že při pokojové teplotě a za použití standardních permanentních magnetů vykazuje grafen magnetorezistenci, která je výpočetně vyšší než 100 procent. Takovou magnetorezistenci jsme zatím v žádném materiálu neviděli a jde o nový rekord. Pro představu, většina kovů a polovodičů za takových podmínek změní svůj elektrický odpor vlivem magnetického pole o pouhý zlomek procenta.

Výzkum rovněž ukázal, že při růstu teploty se grafen stane podivným kovem (strange metal), tedy materiálem, který představuje svérázné skupenství hmoty. Podivné kovy se opravdu chovají podivně, především pokud jde o vztah mezi elektrickým odporem a teplotou. Prozatím není jasné, zda nový objev nalezne nějaké okamžité uplatnění. Jak ale upozorňuje Geim, odborníci na grafen, včetně něho samotného, občas mívají pocit, že tohle zřídlo pozoruhodných objevů vyschlo. Grafen je ale neustále přesvědčuje o opaku.

Video: Sir Andre Geim at GYSS 2023 – Random Walk to Graphene

Literatura

Science Alert 15. 4. 2023.

Nature 616: 270–274.