Khoa học tự nhiên

Chế tạo ra graphene siêu dẫn (21/02/2014)

Bất cứ khi nào một loại vật liệu mới được phát hiện, các nhà khoa học đều háo hức tìm hiểu xem nó có thể siêu dẫn hay không. Điều này thích hợp đặc biệt với vật liệu graphene. Hiện nay, một nhóm nghiên cứu quốc tế gồm các nhà nghiên cứu từ trường Đại học Vienna đã tiết lộ cơ chế siêu dẫn ghép nối trong hỗn hợp graphene canxin bằng cách sử dụng phương pháp ARPES. Kết quả nghiên cứu được xuất bản trên Tạp chí Nature Communications.

Các phép đo phổ ARPES được tiến hành trên hỗn hợp graphene canxi.

(Ảnh trái: bề mặt Fermi của graphene (trên) và hình nón Dirac (dưới).

Bên phải: Xoắn trong chức năng quang phổ trong hai hướng tinh thể chính.

Các nhà khoa học phân tích cường độ xoắn để ước tính nhiệt độ tới hạn khi vật liệu siêu dẫn.

Ảnh: A. Grüneis và A.V. Fedorov).

Vật liệu siêu dẫn sở hữu một tính năng vô giá khi được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ tới hạn - chúng cho phép vận chuyển một dòng điện mà không bị thất thoát. Tính siêu dẫn được dựa trên thực tế là trong một số vật liệu nhất định, các điện tử có thể kết cặp - ở nhiệt độ cao hơn - nếu không sẽ đẩy nhau. Các nhà khoa học từ Khoa Vật lý, Đại học Vienna và các đối tác hợp tác của họ cùng hợp tác để khám phá ra cơ chế kết cặp siêu dẫn tiềm năng của graphene.

Graphene, một lớp các nguyên tử carbon có độ dày nguyên tử được phát hiện vào năm 2004 và được coi là một trong những chất linh hoạt và tuyệt vời nhất có sẵn cho nhân loại. Tác động của loại vật liệu hai chiều có thực đầu tiên này rất có ý nghĩa, do đó phát hiện này đã được trao tặng giải thưởng Nobel. Cho đến gần đây, không có báo cáo thử nghiệm nào về tính siêu dẫn trong graphene mặc dù người họ hàng gần của nó, than chì và fullerene có thể được làm cho siêu dẫn bằng cách đưa vào có chủ ý các điện tử trong vật liệu này.

Để làm sáng tỏ tính siêu dẫn của graphene, các nhà khoa học sử dụng phương pháp xạ quang mạnh: khi một hạt ánh sáng tương tác với vật liệu, nó có thể chuyển tất cả năng lượng của nó cho một điện tử bên trong vật liệu đó. Nếu năng lượng của ánh sáng đủ lớn, điện tử cần đủ năng lượng để thoát ra khỏi vật liệu. Xác định góc theo đó các điện tử thoát ra khỏi vật liệu cho phép các nhà khoa học trích xuất thông tin có giá trị trên các thuộc tính điện tử và các tương tác nhiều hạt phức tạp của vật liệu. Nhóm nghiên cứu sử dụng kỹ thuật này - kỹ thuật phổ phát quang phân giải góc (ARPES - Angle-resolved photoemission spectroscopy) - tại synchrotron Elettra ở Trieste, nơi họ nghiên cứu sự tương tác của một loạt các chất phụ gia điện tử (Cs, Rb, K, Na, Li, Ca) với đơn lớp graphene.

Theo những phát hiện của các nhà khoa học, canxi là ứng cử viên triển vọng nhất để tạo ra tính siêu dẫn trong graphene ở nhiệt độ tới hạn khoảng 1.5K. Nhiệt độ tới hạn này khá thấp so với các loại khác, ví dụ như fullerene siêu dẫn ở nhiệt độ 33K. Tuy nhiên, graphene có một số lợi thế lớn hơn so với nhiều vật liệu khác. Vì nó chỉ chứa các nguyên tử carbon được sắp xếp trong các lớp đơn nên việc chức năng hóa vật liệu này về phương diện hóa học là khá dễ dàng. Hơn nữa, vật liệu này có thể được phát triển trong nhiều lớp nguyên tử theo các trật tự sắp xếp khác nhau và có thể được pha trộn theo nhiều cách khác nhau. Do đó, vật liệu có thể mang lại nhiều lựa chọn để thử nghiệm.

Các nhà khoa học tin tưởng rằng, trong khi graphene sẽ không thiết lập các kỷ lục nhiệt độ tới hạn mới, sự dễ dàng mà theo đó các thuộc tính của nó có thể được sửa đổi sẽ tăng cường sự hiểu biết của chúng ta về tính siêu dẫn nói chung và vật liệu carbon nói riêng.

Nguồn: www.vista.vn (Theo ScienceDaily)