Физики из Кембриджа нашли ключ к активации сверхпроводящего потенциала графена. Как и множество связанных с графеном проектов, разработка находится на ранней стадии, но функционирует и, теоретически, может перевернуть мир электроники.
Плоский одноатомный слой углерода образует графен – материал, который имеет большую механическую прочность, высокую теплопроводность.
В 2004 году группа учёных в Манчестерском университете под руководством Андрея Гейма, изучая транспортные свойства графена, пришла к выводу, что материал должен проявлять свойства сверхпроводимости. То есть сопротивление току в проводнике из графена должно быть равно нулю.
Однако лишь в 2016 году удалось обнаружить сверхпроводимость графена. Для этого учёные модифицировали кристаллическую решетку графена добавлением кальция. Полученный таким образом материал нельзя назвать чистым, по словам учёных, это изменило другие свойства материала.
И вот, в Кембриджском университете была разработана методика, благодаря которой, как утверждает один из авторов работы физик Джейсон Робинсон, можно добиться фазового перехода и сделать графен сверхпроводящим. Суть методики заключается в том, чтобы разместить графен на подложке из другого сверхпроводящего материала и тем самым добиться «включения» сверхпроводимости графена.
Стоит пояснить, что в сверхпроводниках электроны объединяются в куперовские пары - квазичастицы, состоящие из двух электронов, которые обладают нулевым спином и зарядом, равным удвоенному заряду электрона. Они являются переносчиками заряда в сверхпроводниках. Куперовские пары, в зависимости от сочетания свойств связанных электронов, проявляют разные типы сверхпроводимости.
Итак, ученые в качестве материала подложки использовали хорошо изученный сверхпроводящий материал – оксид празеодима-церия-меди (Praseodymium Cerium Copper Oxide, PCCO), куперовские пары в котором образуют d-волну, способную двигаться с нулевым сопротивлением.
Исходя из полученных данных, графен проявил сверхпроводимость, которую можно отличить от сверхпроводимости самой подложки. Сверхпроводимость графена связана с другой формой куперовских пар, p-волной.
Если эти данные подтвердятся, то графен окажется еще более инновационным, чем ожидалось ранее. Он станет первым полученным учеными материалом с p-волновой сверхпроводимостью при температуре выше –269 °C.
Использование графена позволит создавать сверхэффективные аккумуляторы конденсаторы,магниты. Даже если рассматривать только эти 3 прибора, то применение в них графена полностью перевернёт энергетику, машиностроение, военно-промышленный комплекс, авиацию, металлургию, биокибернетику, космическую отрасль.
Только представьте аккумуляторы, способные запасать электричество в миллионы киловатт часов, и где их можно применить. Автомобили, самолёты, танки, вертолёты, способные преодолевать тысячи километров без подзарядки. Экзоскелеты, увеличивающие силу человека в десятки раз. Огромные человекоподобные роботы, способные на решение инженерно-технических задач.
Сверхэффективные магниты позволят нам существенно улучшить технику, которая есть уже сегодня. Магнитно-левитационную железную дорогу и трамвай в каждый город. Летающие автомобили станут реальностью. Защита от радиации для космических кораблей на пути к Марсу.
Конденсаторы на основе графена полностью изменят военный арсенал.
Пушка Гаусса – одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс, способного выбрасывать любой снаряд из ферромагнетика, будь то железная игла или граната в оболочке из кобальта. И если сейчас она имеет малый КПД и громоздкие размеры, то в будущем применение графеновых конденсаторов и аккумуляторов, вероятнее всего, устранит эти недостатки.
Теоретически применение Пушки Гаусса может изменить отправку спутников в космос.
Никита Емельянов
