211service.com
Doteret grafhan bør superlede ved 90K
Der er et problem med højtemperatursuperledere. Det er nu mere end to årtier siden opdagelsen af, at visse kobberoxider kan superlede ved temperaturer over 30 K.
Disse år har været fyldt med løfter, overdrivelse og febrilsk forskning. Fysikere ved, at kobberoxider superleder på en helt anden måde end konventionelle BCS-superledere (efter Bardeen, Cooper og Schrieffer, som udarbejdede teorien bag dem). Og alligevel er ingen enige om præcist, hvad den nye mekanisme er. Der er heller ingen, der har skabt en superleder, der arbejder ved en brugbar temperatur, dvs. over temperaturen af flydende nitrogen.
Selv genopblussen af begejstring sidste år over opdagelsen af, at magnesiumdiborid superleder ved høje temperaturer, sandsynligvis på den gammeldags BCS-måde, gav snart plads til utilpashed, da fysikere fandt ud af, at de ikke var i stand til at bygge videre på gennembruddet for at lave bedre superledere. Det er fristende at tro, at superledere aldrig vil passere den flydende nitrogenbarriere.
Men i dag er håbet genoprettet takket være et fascinerende sæt beregninger udført af Gianluca Savini ved University of Cambridge i Storbritannien og et par venner. De beregner egenskaberne af p-doteret grafan ud fra de første principper og siger, at det burde være superledende ved en mild 90K eller mere, et godt stykke inden for området for afkøling af flydende nitrogen.
Hvad mere er p-doteret grafan bør superlede på samme måde som de gammeldags BCS superledere. Det er mærkeligt, fordi alle tror, at BCS-superledning ikke kan fungere ved høje temperaturer.
Årsagen er energien i samspillet mellem de superledende elektroner og det omgivende materiale. I almindelige BCS-superledere menes dette kun at være et par tiere af meV'er. I kobberoxiderne har disse interaktioner imidlertid en energi på et par hundrede meVs. Det er denne forskel, der får fysikere til at tro, at BCS-superledere aldrig vil arbejde ved temperaturen af kobberoxider.
Og alligevel udfordrer opdagelsen af, at magnesiumdiborid superleder, den tanke-energi af disse interaktioner i MgB2 er meget højere. Tre faktorer ser ud til at mødes for at gøre det muligt, siger Savini og co. Først er den karakteristiske energi af fononerne i MgB2, som skyldes bindingsstrækning og spiller en vigtig rolle i at hjælpe superledere gennem strukturen. For det andet er elektrontætheden af tilstande i materialet, og endelig peger de på balancen mellem den attraktive elektron-fonon-kobling og den frastødende elektron-elektron-interaktion i MgB2.
Kan det være muligt at finde materialer, hvori disse mængder kan manipuleres yderligere? Du satser. Savini og co bemærkede, at p-doteret diamant har to af disse egenskaber, men kun superleder ved 4K.
De beregner dog, at p-doteret grafan passer præcis til regningen og burde superlede på den gammeldags BCS-måde ved 90K. Hvad mere er, siger de, at der er hints om, at p-doterede diamant nanotråde kan have lignende egenskaber.
Forskellige grupper leger allerede med dopede diamant nanotråde.
Konsekvenserne af alt dette er forbløffende. Først og fremmest er muligheden for nyttige superledende enheder kun afkølet af flydende nitrogen. Endelig!
Men der er en anden, mere eksotisk implikation: Ved at skabe transistorlignende porte ud af grafan, der er dopet på forskellige måder, burde det være muligt at skabe enheder, hvori superledningsevnen kan tændes og slukkes. Det vil muliggøre en helt ny klasse af switch.
Før alt dette skal nogen dog lave p-dopet grafan. Det bliver svært. Graphane selv blev lavet for første gang kun sidste år på University of Manchester. Det skal være underholdende at følge kapløbet om at lave og teste en p-dopet version.
Ref: arxiv.org/abs/1002.0653 : Doteret grafan: en prototype høj-Tc elektron-fonon superleder