Grafeen is een enkel-atomige koolstofplaat met een hexagonaal honingraatnetwerk (Fig. 1). Elektronen in grafeen nemen een speciale elektronische toestand aan, Dirac-kegel genaamd, waar ze zich gedragen alsof ze geen massa hebben. Hierdoor kunnen ze met zeer hoge snelheid stromen, waardoor grafeen een zeer hoog niveau van elektrische geleidbaarheid heeft.

Dit is belangrijk omdat elektronen zonder massa die zonder weerstand in grafeen stromen, kunnen leiden tot de realisatie van een uiterst snel nano-elektronisch apparaat.

Het samenwerkingsteam van Tohoku University en de University of Tokyo heeft een methode ontwikkeld om grafeen van hoge kwaliteit te laten groeien op een siliciumcarbide (SiC) kristal door het aantal grafeenvellen te regelen. Het team vervaardigde met deze methode dubbellaags grafeen en plaatste vervolgens calcium (Ca) -atomen tussen de twee grafeenlagen als een sandwich (figuur 1).

Ze maten de elektrische geleidbaarheid met de micro-vierpuntsprobe-methode en ontdekten dat de elektrische weerstand snel daalt bij ongeveer 4 K (-269 ° C), indicatief voor een opkomst van supergeleiding (Fig. 2).

Het team ontdekte ook dat noch echt dubbellaags grafeen noch lithium-geïntercaleerd dubbellaags grafeen supergeleiding vertoont, wat aangeeft dat de supergeleiding wordt aangedreven door de elektronenoverdracht van Ca-atomen naar grafeenplaten.

Het succes bij het fabriceren van supergeleidend grafeen zal naar verwachting grote invloed hebben op zowel het fundamentele als het toegepaste onderzoek naar grafeen.

Het is momenteel niet duidelijk welk fenomeen er plaatsvindt wanneer de Dirac-elektronen zonder massa supergeleidend worden zonder weerstand. Maar op basis van de laatste onderzoeksresultaten, verder experimenteel en theoretisch onderzoek zou helpen om de eigenschappen van supergeleidend grafeen te ontrafelen.

De supergeleidende overgangstemperatuur (Tc) waargenomen in deze studie op Ca-geïntercaleerd dubbellaags grafeen is nog steeds laag (4 K). Dit noopt tot verder onderzoek naar manieren om Tc te verhogen, bijvoorbeeld, door Ca te vervangen door andere metalen en legeringen, of het aantal grafeenvellen wijzigen.

Vanuit het oogpunt van de toepassing, de nieuwste resultaten maken de weg vrij voor de verdere ontwikkeling van ultrasnelle supergeleidende nano-apparaten zoals een kwantumcomputer, die gebruikmaakt van supergeleidend grafeen in zijn geïntegreerde schakeling.