Deset let od objevu grafenu

Zvětšit obrázek

Synchrotron v Terstu

Když se objeví nějaký nový zajímavý materiál, jsou fyzikové celí lační zjistit, jestli to náhodou za nějakých podmínek není supravodič. Snaží se najít takovou substanci, která by tyto vlastnosti měla  při co nejvyšší teplotě. Připomeňme si, že supravodič je materiál, který vede elektrický proud beze ztrát. Pro podobný materiál si jistě dokážete představit velmi širokou škálu uplatnění, ať už je to v oblasti přenosu elektrické energie, nebo třeba pro konstrukci velmi silných magnetů pro přístroje na magnetickou rezonanci. Proč je nějaký materiál supravodivý a jiný ne, závisí na schopnosti tvorby elektronových párů (elektrony se normálně navzájem odpuzují, ale občas se dají přemluvit do páru) a jejich bezztrátový pohyb látkou.

 Jako první přišli se supravodičem na bázi grafenu vědci z Fyzikální fakulty vídeňské univerzity. Nikolaj Verbitskij and Alexander Grüneis použili metodu ARPES (Angle-resolved photoemission spectroscopy – Spektroskopii založenou na rozlišení úhlů fotoemisí) pro vyvolání a  zároveň měření supravodivosti grafenu. Jednalo se o opravdu mezinárodní projekt, kterého se zúčastnili i vědci z Drážďanské university a z Kalifornské univerzity. Vlastní měření prováděli na synchrotronu Elletra v Terstu. V pokusu kombinovali grafen z různými příměsemi, jako  cesium, rubidium, draslík, sodík, lithium a vápník. Jako nejslibnější se osvědčil právě vápník.

Krystalová strukrura CaC6 . Černá struktura medové plástve znázorňuje plochu grafenu tvořenou atomy uhlíku. Žluté, červené a fialové tečky jsou atomy vápníku (barva pouze rozlišuje v které jsou vrstvě). Kredit: S.-L. Yang a kol. Stanford University

 Nezávisle na tom prováděli podobné výzkumy i vědci ze SLAC (Standford Linear Accelerator Center). I oni pracovali s kombinací grafen – vápník. Testy probíhaly na Standfort Synchrotron Radiation Lightsource. Toto zařízení dokáže vyprodukovatt vysoce koncentrovaný paprsek ultrafialového světla. Vědci tak mohli pozorovat, co dělají elektrony v jednotlivých vrstvách, jak opouštějí své pozice a pod vlivem přirozených vibrací atomární struktury materiálu tvoří elektronové páry, nezbytné pro supravodivost.

 Tento výzkum je o to zajímavější, že vědci použili přímo výsledný produkt jedné z metod pro výrobu grafenu, která je založena na propojení grafitu a velmi čistého krystalu vápníku. Výsledek je znám jako sloučenina CaC₆. Vědci nebyli doposud schopni určit, co je hlavním zdrojem elektronů pro supravodivostní páry, až nyní.  Je to vápník, bohužel,  je grafen supravodivý při teplotách do 1,5K. Nicméně jim světlo pomohlo objasnit, jak supravodivost vzniká a ukázat cestu, jak dál. 

Pohled do evropského centra excelence synchrotronu Elletra v Terstu:

Zdroje:
Nature http://www.nature.com/ncomms/2014/140320/ncomms4493/full/ncomms4493.html
           http://www.nature.com/ncomms/2014/140206/ncomms4257/full/ncomms4257.html
PhysOrg: http://phys.org/news/2014-02-graphene-superconducting.html#inlRlv
     http://phys.org/news/2014-03-team-potential-graphene-superconducting.html#ajTabs
Synchrotron: http://en.wikipedia.org/wiki/Synchrotron