Skrútený grafén by mohol poháňať novú generáciu supravodivej elektroniky

1

V roku 2018 skupina vedcov z Massachusetts Institute of Technology (MIT) zložila dve mikroskopické karty grafénu (vrstva uhlíka s hrúbkou jedného atómu) a jednu z nich mierne skrútili. Aplikácia elektrického poľa transformovala grafénovú kartu z vodiča na izolátor a potom na supravodič, materiál, ktorý vedie elektrinu bez odporu. Vznikla tak nová oblasť vedy - „twistronika“, ktorá mala vytvoriť nové elektronické zariadenia bez toho, aby sa museli kombinovať chemicky odlišné materiály.

Dva tímy vedcov teraz plnia tento prísľub premenou skrúteného grafénu na funkčné zariadenia vrátane supravodivých prepínačov, aké sa používajú v mnohých kvantových počítačoch. Materiál dozrieva na základný vedecký nástroj schopný zachytiť a ovládať jednotlivé elektróny a fotóny. Tajomstvo chameleónskej povahy skrúteného grafénu spočíva v takzvanom „magickom uhle“, v otočení presne o 1,1°. Vznikne tým vzor „moiré“, ktorý umožní spojeniu tisícov atómov pôsobiť ako superatómy.

Toto kolektívne správanie umožňuje malému počtu elektrónov, ktoré sú elektrickým poľom zachytené na správnom mieste, radikálne zmeniť správanie materiálu z izolátora na vodič a na supravodič. Teraz vedci preukázali, že môžu zvoliť požadované vlastnosti do malých oblastí plátka, ktoré vystavia rôznym elektrickým poliam. Vytvorili zariadenia známe ako Josephsonove križovatky, ktoré pozostávajú z tenkej vrstvy izolátora vloženej medzi dve supravodivé vrstvy.

Konvenčné Josephsonove križovatky slúžia ako ťahúň supravodivej elektroniky, ktorá sa nachádza v magnetických zariadeniach na sledovanie elektrickej aktivity v mozgu, a ultrazvukových magnetometrov. Tím z MIT išiel ešte ďalej a elektricky transformoval svoje Josephsonove križovatky na ďalšie submikroskopické prístroje ako dôkaz koncepcie, aby preukázal jej všestrannosť.

Vyladením uhlíka do konfigurácie vodič - izolátor - supravodič boli schopní zmerať, ako tesne sú elektrónové páry spojené. Tím tiež skonštruoval tranzistor, ktorý dokáže riadiť pohyb jednotlivých elektrónov. Je však nepravdepodobné, že by grafénové zariadenia s magickým uhlom v krátkom čase nahradili kremíkovú spotrebnú elektroniku.

Hoci grafén sa dá vyrobiť ľahko, zariadenia by museli byť ochladené takmer na absolútnu nulu, aby boli supravodivé. A aj udržiavanie presného stočenia je náročné, materiál má tendenciu skrčiť sa a narušiť tak magický uhol. Spoľahlivé vytváranie hladko skrútených plátkov s veľkosťou len jeden alebo dva mikróny je stále výzvou a vedci ešte zatiaľ nepoznajú cestu k hromadnej výrobe.

Zdroj: sciencemag.org.

Zobrazit Galériu

Redakcia

Všetky autorove články

1 komentár

Josephsonove križovatky, čiže spoje ;-) reakcia na: Skrútený grafén by mohol poháňať novú generáciu supravodivej elektroniky

23.11.2020 10:11
V slovenskej odbornej literatúre a aj praxi sa ako ekvivalent anglického výrazu "Josephson junctions" používa termín "josephsonovské spoje" (prípadne "Josephsonove spoje") a nie "Josephsonove križovatky".
Odborné texty netreba prekladať cez Google Translator, treba si overovať info napr. v odbornej literatúre [Takács, Cesnak: Supravodivosť], alebo si zavolať na pracovisko, ktoré sa problematike venuje [Elektrotechnický ústav SAV, FMFI UK, Ústav experimentálnej fyziky SAV].
Reagovať

Pridať komentár

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať