常にではないが、物質を発見した科学者は、そのすべての特性をすぐに理解します。 方法、技術、研究方法などの技術の改善は、私たちの周りで何がどのように機能するかを理解したい科学者に新しい機会を提供します。 今日、私たちはグラフェンが超伝導体の特性を持っている可能性があることを研究者がどのように学んだかを知ります。 超伝導性は前世紀の初めから研究されており、これまで科学者はこの物理現象のすべての側面を認識していません。 研究チームはグラフェンをどの程度正確に「再構成」し、実験によってどのような結果が示されたのか、そして将来の研究から何が期待されるのか？ 科学者の報告は、これらの質問に対する答えを見つけるのに役立ちます。 行こう
研究の基礎
まず第一に、文字通り一言で言えば、グラフェンとは何なのか、何と一緒に食べられるのかを思い出してみましょう。
グラフェンは、まず第一に、炭素原子の単層からなる二次元構造です。 言い換えれば、グラファイトの単層（グラフェンの主な供給源）です。
グラフェンは非常にユニークな電気化学特性を備えているため、さまざまな研究における主要な役割の理想的な候補であり、将来の技術の可能性のある基盤として使用できます。
実験室の条件では、グラフェンは非常に複雑で、時間がかかり、信じられないほどの正確な方法が必要です。 しかし、この方法では、いわば、最高品質の製品を入手できます。 この方法の基礎は、高度に配向した熱分解グラファイトに対する機械的効果です。
この研究では、単層グラフェン（ MLG ）ではなく、二重層（ BLG ）が使用されています。 この材料には興味深い物理特性があるため、グラフェンの2つの層の間で非対称性が形成されるときに発生するバンドギャップ*です。
禁制帯*は、理想的な結晶では電子が持つことができないエネルギー値の範囲です。 固体の3つの主なタイプは、バンドギャップインジケーター（eV-電子ボルト）に応じて分類されます。金属-バンドギャップなし、半導体-最大3-4 eV、誘電体-4-5 eV以上。二層グラフェンの禁止帯は、van Hoveの特異性のために形成されます。
超伝導体の主な問題は、超伝導体が十分に低い温度にあることです。 科学者は境界温度を室温まで上げようとしています。 研究者は、例としてC 6 CaC 6を引用しています。C6 CaC 6は、4 K（-269.15°C）の温度で超伝導を維持することができます。
温度の問題に対する可能な答えは、2次元グラフェンと他の同様の材料の組み合わせにあります。 研究者は、反対のスピンと運動量を持つ電子間のカップリングの可能性を説明するBCS理論に注目しています。 フェルミ面の近くにある光子の交換では、電子が互いに引き合い始めます。 したがって、理論上、単一の電子または格子と相互作用しない電子ペアが形成される可能性があります。つまり、ペアはエネルギー損失なしで移動します。 したがって、超伝導体の境界温度は、相互作用定数（U）またはフェルミレベルnでの状態密度（EF）を増加させることで増加させることができます。 グラフェンとグラファイトでは、フェルミレベルでの電子状態の密度は非常に低いです。 この場合、エネルギーレベルに直接依存します。 そして、ここですでにフラットゾーンの理論を適用できます。 相互作用定数の値を変更することは依然として非常に難しいと研究者は言いますが、n（EF）はフラットゾーンによって正確に増加させることができます。
フラットゾーンの詳細については、 この作業で説明します。
今日研究している研究では、科学者はグラフェンの電子ゾーンを「平坦化」し、この密度が非常に低いシステムの電子状態の密度を増加させる新しい方法を試すことにしました。
この研究の材料基盤は、炭化ケイ素（SiC）上の2層グラフェンでした。これは、ちなみに、ケイ素と炭素の化合物です。 角度分解能光電子分光法（ARPES）は、データ収集方法になりました。
インストール図ARPES。
それでは、研究者が何をしたかを見てみましょう。
調査結果
イメージNo. 1
上記の画像は、ARPEを使用して収集されたデータ、つまり1.2単層グラフェン（MLG）でコーティングされた6H-SiCサンプルのデータを示しています。
6H-SiCは炭化ケイ素のポリタイプの1つです（層の積層順序が異なる構造、つまり、構成要素は同じですが、異なるタイプは異なる位置にあります）。
単層の使用は、弱く強い2層分散よりも分散の優位性（ディラックコーン）をもたらすと予想されました。 ただし、255 meV（ミリ電子ボルト）の相互作用エネルギーのレベルでは、かなり顕著なフラットゾーンが観察されます。 画像１ａ 、 １ｂ 、および１ｃでは、このゾーンの位置は白い矢印で示されている。
グラフェンの1.2単層の存在は、BLG光電子放出の強度がMLGゾーンの強度の約4倍低いという事実によるものです。 反対に、フラットBLGゾーンの強度は、MLGゾーンの強度の3倍です。 科学者たちは、そのような観察結果は前任者の研究でも見られると言っていますが、これまでそのような詳細な調査は行われていません。
ARPESを使用すると、150 meVの相互作用エネルギーと150〜160 meVのエネルギー範囲での分散キンクで発生するわずかなフラットゾーン（ 1bの青い矢印）に気付くこともできました。
さらに、研究者は、光電子放出の強度の分布を分析することにしました。 このために、サンプルの点Kを中心に3次元の「マップ」を調べました。 分析の結果、単層の半分（ディラックコーン）と二層グラフェンの分散の半分のみが見えることがわかりました。これは、2つのグラフェン副格子からの有害な干渉に関連しています。 また、グラフェンの光電子放出の干渉を考えると、フラットゾーンがポイントKの両側に均等に分布していることがわかります。
画像1dは、235および255 meVの相互作用エネルギーで1aから取得したフェルミ面の2つの状態を示しています。 20 meVの差はARPESにとって非常に小さいですが、フェルミ面に大きな変化を見るには十分でした。 235 meVでは、光電子放出干渉の影響による強度変調による「三日月」の類似性が見られます。 しかし、255 meVでは、変調のない「ディスク」がすでに表示されています。
プロット1e （ポイントK付近の領域の1f）は、フラットゾーンの光電子放出干渉がどれほど強いかを示しています。 そして、グラフ1gはすでに分散測定の結果を示しています。
密度汎関数理論
さらなる分析のために、単層、2層、および3層グラフェン上の密度汎関数の理論に従って計算を実行しました。
イメージNo. 2
図2aは、単層グラフェン（青）と二層（赤）の分散計算の比較を示しています。 単層構造と2層構造の違いの一般的な状況に関する計算データと実験データ、および高レベルの状態密度の存在（ 2b ）は、ほぼ完全に一致しています。
重要な観察結果は、フラットゾーンが表示される領域でもあります。 画像2aからわかるように、平面ゾーンは、研究対象の二重層構造の最上層グラフェン層だけでなく、副格子にも発生します。 同様の効果は、グラフェン+ Ni（111）の構造の研究でも観察されました。
再びチャート2bに戻りましょう。 その上に、レイヤーのエッジで状態密度の2つの特異点があり、その間にギャップがはっきりと見える。 したがって、状態密度のピークはVan Hoveの特異点に対応します。
また、SiC基板、またはそれが二重層または単層グラフェンの状態にどの程度強く影響するかという問題にも特別な注意が払われました。 画像2eおよび2fは、検証の結果を示しています。 電荷を受け取るプロセスがある等値面は黄色でマークされ、水色は電荷の損失を示します。 ここで、上部グラフェン層の副格子（AおよびB）と下部グラフェン層の副格子（A）は実際にはまったく反応せず、SiC基板との相互作用による電荷のわずかな非対称性のみを示しています。 一方、下部グラフェン層の一部であるC副格子は、グラフェンとSiC間の相互作用の影響を強く受けます。 問題のサブ格子が何であるかをよりよく理解するために、テストサンプルのすべてのレイヤーをグラフィカルに示す画像2dに注意を払ってください。 右下の挿入図では、副格子A、B、およびCがどのように配置されているかがわかります。
科学者は、異なる順序のシステム（強磁性体など）でのフラットゾーンの形成も分析しました。 そのようなシステムでは、平面ゾーンも不安定性を示し、平面ゾーンがフェルミ準位に十分近い場合、超伝導が強磁性よりも優先されることが判明しました。 科学者によると、同様の観察結果を現在の研究に投影することができます。
研究者の調査結果
まず第一に、科学者は、点Kに関連する構造の2次元膨張が高レベルの光電子放出強度の原因であるが、それがフラットゾーンの出現の主な原因ではないことに注意します。 このプロセスでこの膨張がかなりの重みを持っている場合、実験中に、ポイントK付近の二層グラフェンの他のゾーンで狭窄効果と強化効果が見られますが、これは観察されませんでした。
フラットゾーンの領域で干渉の消失が観察されます（画像1c）。これにより、255 meVの相互作用エネルギーでディスク状のフェルミ面が形成されます。 これは、特にグラフェンにとって独特の現象です。 干渉は、さまざまなグラフェン副格子上の波動関数の局在化により発生します。 しかし、フラットゾーンの場合、この波動関数は1つの副格子にのみ局在化され、干渉が消滅します。
150 meVの相互作用エネルギーでの2番目の平面ゾーンの出現も観察されました。 しかし、科学者はその発生の性質を明確に説明することはできませんが。 一方では、これはグラフェン層の異なる領域での強度の一致による可能性があります。 一方、これは、単層グラフェンでよく見られる多くの物体の影響による繰り込みの結果である可能性があります。
この研究は、相互作用エネルギーのレベルのわずかな変化がフェルミ面の状態に大きく影響することを示しました（235 meV-三日月の形状と255 meV-ディスクの形状）。 この場合、可能な散乱チャネルの数は大幅に増加します。
また、超伝導の詳細な研究のために、平面ゾーンをフェルミ準位にできるだけ近づける必要があることに注意することも重要です。 そのため、方法の1つは、CaのインターカレーションとKの堆積による多数の電荷キャリアのグラフェン層への導入です。これにより、1次元のVan Hove特異点が形成されます。
研究者のレポートとそれに追加された資料の助けを借りて、研究をより詳しく知ることができます。
エピローグ
科学者は、サブラティスと多層グラフェンの構造の中間層を操作することにより、フラットゾーンの形状と特性を制御できることを証明することができました。 研究者によると、この技術を強化された電子-フォノン結合の方法と組み合わせて使用することにより、将来よりもはるかに高い温度で特性が保存される超伝導体を得ることができます。
超伝導体は非常に重要です。 すでに、超伝導量子干渉計からMRIスキャナーまで、多くの技術で使用されています。 超伝導体、それらの特性、それらの調製方法およびそれらの品質の改善に関するさらなる研究は、現代世界を改善するだけでなく、少し未来的なものにするでしょう。
ご滞在いただきありがとうございます。 私たちの記事が好きですか？ より興味深い資料を見たいですか？ 注文するか、友人に推薦することで、私たちをサポートします。私たちがあなたのために発明したエントリーレベルのサーバーのユニークなアナログのHabrユーザーのために30％の割引： VPS（KVM）E5-2650 v4（6コア）についての真実20ドルまたはサーバーを分割する方法？ （オプションはRAID1およびRAID10、最大24コア、最大40GB DDR4で利用可能です）。
VPS（KVM）E5-2650 v4（6コア）10GB DDR4 240GB SSD 1Gbpsまで 6か月の期間を支払う場合は12月まで無料で 、 ここで注文できます 。
Dell R730xdは2倍安いですか？ オランダと米国で249ドルからIntel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TVを2台持っているだけです！ インフラストラクチャビルの構築方法について読んでください。 クラスRは、1米ドルで9,000ユーロのDell R730xd E5-2650 v4サーバーを使用していますか？