Kulstofmaterialet grafen kan også være superleder

Todimensionelle enkeltatomlag af kulstof, kaldet grafen, har mange exceptionelle mekaniske og elektriske egenskaber.

Læs også: Er grafen det nye mirakelmateriale?

Nu har forskere fra Andrea Damascellis gruppe ved University of British Columbia i Canada i en artikel i PNAS beskrevet, at grafen også kan være en superleder, hvis man belægger overfladen med lithiumatomer.

Det er første gang, at superledning i grafen er eksperimentelt eftervist.

I helt ren form er kulstof i den tredimensionelle udgave grafit ikke superledende. Tilsætter man calcium, er det påvist, at CaC6 er superledende op til 11,5 kelvin. Superledning i YbC6 er også observeret.

Materialer, der blander metalatomer og grafit, kaldes for GIC (graphite intercalation compound). Betegnelsen dækker over, at atomerne indsættes mellem kulstoflagene i grafit.

Forklaringen på, at superledning kan findes i sådanne materialer, er en øgning af den såkaldte elektron-fonon-kobling, der har betydning for superledning.

Lithiumbaseret GIC (LiC6) er ikke en superleder, men til trods herfor har teoretiske undersøgelser peget på, at elektron-fonon-koblingen vil være meget høj, hvis man kun har et lag kulstofatomer (grafen), som er belagt med lithiumatomer.

Den canadiske forskergruppe har nu fremstillet materialet og påvist gennem spektroskopiske målinger, at elektron-fonon-koblingen rent faktiske øges til omkring den dobbelte værdi i grafen med lithium frem i tredimensionelt grafit med lithium. Den eksperimentelt observerede konstant for koblingen er meget tæt på den teoretisk forudsagte.

Målingerne indikerer, at litiumbelagt grafen er superledende under 5,9 kelvin.

Forskerne peger ikke selv på eventuelle anvendelser af superledende grafen, men de bemærker i deres artikel, at opdagelsen vil have videnskabelig og teknologisk betydning, da de nu har tilføjet endnu en egenskab til et af de mest interessante materialer, der er fundet inden for den nyeste tid.

Læs også: Nobelpris i fysik for usædvanligt todimensionalt materiale