Graphen wird in vielen Bereichen als potentielle Revolution gefeiert. Das Material, das aus einer einzelnen Schicht Kohlenstoffatome besteht, kann unter anderem in Supraleitern, Zahnfüllungen, Glühbirnen oder sogar Motorradhelmen zum Einsatz kommen. Forschern der University of Cambridge haben nun eine Möglichkeit gefunden, Graphen supraleitende Eigenschaften zu verleihen, ohne in die Struktur des Materials einzugreifen.


Graphene - Material kann Energiegewinnung verdoppeln

Graphen kannte bisher keine eigene Supraleitung

Graphen ist leicht, sehr biegsam und ein äußerst hartes Material. Supraleitung konnte bei Graphen bisher allerdings nur erreicht werden, indem entweder ein Stoff zugesetzt wurde, der das Material verunreinigt, oder das Graphen mit einem anderen supraleitenden Material verbunden wurde. Beide Methoden können schnell dazu führen, dass das Graphen eine seiner anderen, erstaunlichen Fähigkeiten verliert. Bei letzterer Methode entsteht die Supraleitung


Das Team von der University of Cambridge behauptet jedoch, einen Weg gefunden zu haben, die Supraleitung bei Graphen direkt zu aktivieren. Dazu haben sie das Material mit Praseodym-Cer-Kupferoxid (Pr2−xCexCuO4 oder abgekürzt PCCO) gekoppelt. Dabei handelt es sich um ein supraleitendes Material, das für seine Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen bekannt ist.

It has long been postulated that, under the right conditions, graphene should undergo a superconducting transition, but can’t. The idea of this experiment was, if we couple graphene to a superconductor, can we switch that intrinsic superconductivity on? The question then becomes how do you know that the superconductivity you are seeing is coming from within the graphene itself, and not the underlying superconductor?„, so Dr. Jason Robinson, einer der Leiter der Studie.

Supraleitung dank PCCO

Die Eigenschaften von PCCO sind allerdings durch lang andauernde Nutzung des Materials bekannt, weshalb es den Forschern, nachzuweisen, dass nicht nur das PCCO, sondern auch das Graphen selber supraleitende Eigenschaften entwickelte.

Bei der Supraleitung bilden sich Supraleiter-Elektronen in Paaren, deren Spin abhängig von der Art der Supraleitung ist. PCCO hat Elektronenpaare mit einem antiparallelen Spin-Status, den man als „d-wave-Status“ beschreibt.

Die am Graphen gemessene Supraleitung bildete aber andere Elektronenpaare aus, was nur den Schluss zulässt, dass es sich um Supraleitung in dem Graphen selber und nicht am PCCO handelt.

Noch überraschter waren die Forscher, als sie feststellten, dass der Spin-Status der Elektronenpaare der sogenannte „p-wave-Status“ ähnelte, einer besondere Form von Spin bei der Supraleitung, dessen Existenz die Wissenschaft bereits seit 20 Jahren zu beweisen versucht.

Einsatz bei der Entwicklung von Quantencomputern

Momentan ist jedoch nicht ganz sicher, welche Art von Supraleitung im Graphen stattfand. Es ist jedoch sicher, dass das Material eigene Supraleitung ausbildete. Ob es sich wirklich um p-wave-Supraleitung handelte, wird noch durch weitere Experimente bewiesen werden müssen. Aber allein die Tatsache, dass es den Forschern gelang, Graphen zur Supraleitung anzuregen, ist ein großer Schritt.

If p-wave superconductivity is indeed being created in graphene, graphene could be used as a scaffold for the creation and exploration of a whole new spectrum of superconducting devices for fundamental and applied research areas. Such experiments would necessarily lead to new science through a better understanding of p-wave superconductivity, and how it behaves in different devices and settings„, so Robinson weiter.

Die Forscher gehen davon aus, dass das supraleitende Graphen unter anderem im Bereich Quanten-Computing zum Einsatz kommen kann.

via NewAtlas

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