De oneindige stroom van elektrische stroom van supergeleiders zou nieuwe opties kunnen bieden voor energieopslag en superefficiënte elektrische transmissie en opwekking, om maar een paar voordelen te noemen. Maar de kenmerkende nul elektrische weerstand van supergeleiders wordt alleen bereikt onder een bepaalde kritische temperatuur, honderden graden Celsius onder het vriespunt, en is erg duur om te realiseren.

Natuurkundigen van de Universiteit van Belgrado in Servië geloven dat ze een manier hebben gevonden om superdunne, wafelachtige monolagen van supergeleiders, zoals grafeen, een monolaag van koolstof, waardoor de eigenschappen van het materiaal veranderen om nieuwe kunstmatige materialen voor toekomstige apparaten te creëren. De bevindingen van de theoretische berekeningen en experimentele benaderingen van de groep worden gepubliceerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

"De toepassing van biaxiale trekspanning leidt tot een verhoging van de kritische temperatuur, wat impliceert dat het bereiken van supergeleiding bij hoge temperatuur gemakkelijker wordt onder spanning, " zei de eerste auteur van het onderzoek van het LEX-laboratorium van de Universiteit van Belgrado, Vladan Celebonovic.

Het team onderzocht hoe geleidbaarheid in laagdimensionale materialen, zoals met lithium gedoteerd grafeen, veranderd wanneer verschillende soorten krachten een "rek" op het materiaal uitoefenden. Strain engineering is gebruikt om de eigenschappen van volumineuzere materialen te verfijnen, maar het voordeel van het toepassen van spanning op laagdimensionale materialen, slechts één atoom dik, is dat ze grote soorten aan kunnen zonder te breken.

Geleidbaarheid hangt af van de beweging van elektronen, en hoewel het zeven maanden hard werken kostte om de wiskunde nauwkeurig af te leiden om deze beweging in het Hubbard-model te beschrijven, het team was eindelijk in staat om elektronentrilling en -transport theoretisch te onderzoeken. Deze modellen, naast rekenmethoden, onthulde hoe stam kritische veranderingen introduceert in gedoteerde grafeen- en magnesiumdiboride-monolagen.

"Door een laagdimensionaal materiaal onder druk te zetten, veranderen de waarden van alle materiaalparameters; dit betekent dat er de mogelijkheid is om materialen te ontwerpen volgens onze behoeften voor allerlei toepassingen, " zei Celebonovic, die uitlegde dat het combineren van de manipulatie van spanning met het chemische aanpassingsvermogen van grafeen het potentieel biedt voor een groot aantal potentiële nieuwe materialen. Gezien de hoge elasticiteit, sterkte en optische transparantie van grafeen, de toepasbaarheid zou verreikend kunnen zijn - denk aan flexibele elektronica en opto-elektrische apparaten.

Een stap verder gaan, Celebonovic en collega's testten hoe twee verschillende benaderingen voor het ontwerpen van dunne monolagen van grafeen de roosterstructuur en geleidbaarheid van het 2D-materiaal beïnvloedden. Voor vloeibare fase "geëxfolieerde" grafeenvellen, het team ontdekte dat rekoefeningen individuele vlokken uit elkaar trokken en zo de weerstand verhoogden, een eigenschap die kan worden gebruikt om sensoren te maken, zoals touchscreens en e-skin, een dun elektronisch materiaal dat de functies van de menselijke huid nabootst.

"In de atoomkrachtmicroscopiestudie op micromechanisch geëxfolieerde grafeenmonsters, we hebben aangetoond dat de geproduceerde greppels in grafeen een uitstekend platform kunnen zijn om lokale veranderingen in de geleidbaarheid van grafeen als gevolg van spanning te bestuderen. En die resultaten kunnen verband houden met onze theoretische voorspelling over effecten van spanning op de geleidbaarheid in eendimensionaal-achtige systemen, " zei Jelena Pesic, een andere auteur op het papier, van het grafeenlaboratorium van de Universiteit van Belgrado.

Hoewel het team veel uitdagingen voorziet om de theoretische berekeningen uit dit document experimenteel te realiseren, ze zijn enthousiast dat hun werk binnenkort "het gebied van nanotechnologie kan revolutioneren".