ההסכמה המעניינת של Graphene ו Superconductivity

התגלית של גרפן בשנת 2004 על ידי אנדרה גייים וקונסטנטין נובולוב - הישג שהרוויח אותם פרס נובל לפיזיקה בשנת 2010 - פתחה תחום חדש לחלוטין של מדעי החומר המנודדים והחומרים.שכבה הבודדת הזו של אטומי פחמן, מסודרים ב- 2 ממדים דבש דבש דבש דבש, מציג שילוב יוצא דופן של תכונות: זה דקנסטנט הידוע, אך חומר מכני של אינספור תכונות מתקדמות יותר מאשר פיסול חשמלי מבטיח;

מוליכות, שנצפתה לראשונה בכספית על ידי הייקה קמרלינגה אוונס בשנת 1911, יש פיזיקאים בעלי ביצועים לאורך יותר ממאה שנים.התופעה מציעה את הפוטנציאל לתמסורת כוח חסרת הפסד, אלקטרומגנטיות חזקות עבור MRI ו מאיצים חלקיקים נוספים, ורכיבי מחשוב קוונטיים מהפכניים (Kern-Colenol-temp-upicial) שלה כבר מקיפים את הטמפרטורה הגבוהה ביותר (Civers) בעוד שבסיסהטמפרטורה גבוהה של ה-Culti-Culti-Culti-Culti-Culti-CultiOS) (R) (R) (R) חנקן (T) (R) (Rictoltoltoltoltture) (Ricial Superconductrto-Cultitoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltoltain Tool) (R.com) (R) (R) (R) (R.com) (R) (R) (Ride) (Ride) (

התכונות הייחודיות שהופכות את Graphene סופר-מוליכים Enabler

תחבורה חשמלית

המבנה האלקטרוני של Graphene שונה באופן יסודי מזה של מתכות קונבנציונליות. in prise גרפן, נושאת מטען מתנהג כמו fermions dirac חסר מסה, לנוע במהירויות ליד מהירות פרמי (כ 1/300 של מהירות האור) תוצאות אלה ב המוביל הפנימיות הגבוהה ביותר של חומר ידוע - עד 200,0002 /Vs בחדר תחת גלקסיות אופטימאליות כגון מגנטיות (או מגנטיות) עם מומנטום מגנטיות גבוהה יותר של תאים מגנטיים (אונדנטליים) עם תפקודים) או מגנטיים (אונדנטליים) עם תפקודים מתקדמים יותר של חומר חזק יותר של אלקטרולן (אונדנטליים) או מגנטיים (או פונקציונליות גבוהה יותר של אלקטרורד) עם פונקציונליות גבוהה יותר של כל חומר שלילי של חומרים מגנטיים (או מגנטיים) עם פונקציונליות גבוהה יותר של כל חומר מוביליות (אונדנטליים) או יותר של כל חומר מובילות גבוהה של כל חומר מובילות גבוהה של כל חומר מובילות גבוהה של כל חומר ידוע) או מגנטיים (או פונקציונליות גבוהה יותר של כל חומר ידוע) או יותר של כל חומר ידוע של כל חומר ידוע) או יותר של כל חומר ידוע) או יותר של כל חומר ידוע - עד 200,000 סלידה אחורית (או מגנטיות גבוהה של

כוח מכני וגמישות

למרות היותה רק אטום אחד עבה, גרפן יש כוח רב-עוצמה של כ-130 ג'יגה-פרקליות, מה שהופך אותו לחומר החזק ביותר שנמדד אי-פעם.זה גם גמיש להפליא, מסוגל למתוח עד 20% מהאורך המקורי שלו מבלי לפרוץ.עבור יישומים על-מוליכים-על, עוצמה מכנית זו פירושה כי גרפן יכול לשמש חיזוק מבני במוליכים-על (כגון YBCO, YB2, 000), שיפור גמישות של מיקרו-אופנועים, או אלקטרוניקה, אשר יכול להיות משולב, כמו גם כן, מוליכים למחצה, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, כמו גם כן, מוליכים למחצה, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, מוליכים למחצה, קומפקטיים, מוליכים למחצה, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, או קומפקטיים גמישים, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, כמו גם כן, קומפקטיים, כמו גם כן, מוליכים למחצה, קומפקטיים, קומפקטיים, מוליכים למחצה מוליכים למחצה, כמו גם

Superb Thermal Conductivity

מוליכות תרמית של Graphene יכולה לעלות על 5000 W / mK בטמפרטורת החדר - יותר מעשר פעמים זה של נחושת.בטיח ניהול הוא נושא קריטי במערכות מוליכות: למרות שמוליכים סופר נושאים הנוכחי ללא חימום התנגדות, הסביבה הבכיוגנית וכל אזורי מדינה נורמלית (כגון מובילי נוכחי או משותף) לייצר חום כי יש ביעילות dissiped על ידי שילוב גרפן לתוך אדריכלות חום או מוליכים במהירות.

האתגר הבסיסי של התעלות גבוהה של תאטרון

כדי להעריך את התרומה של גרפן, יש להבין את המכשול המרכזי בהתפתחות העל-מוליכים.א.א. מוליכות על-ידי תורת BCS (אחרי Bardeen, Cooper, Schrieffer), עולה כאשר אלקטרונים יוצרים זוגות קופר באמצעות רטטים לקטיגיים (פונינים) האנרגיה המחייבת של זוגות לא-החוליים האלה היא קטנה, בדרך כלל מציבה גבול תיאורטי ל-Tc בסביבות 30-40 K תחת לחץ קיבולת גבוהה יותר, בעוד שלעתים קרובות הם בעלי מנגנונים מורכבים, הם סובלים ממערכות ברזל מורכבות, ותפקוד, ותפקודים, ותפקודים, כמו גם כן, ותפקודים, ותפקוד רחב יותר, כלומר, הם מורכבים, כמו גם ממערכות מורכבות יותר, כמו גם ממערכות מורכבות יותר, ותפקוד, כלומר, ותפקוד רחב יותר, ותפקוד רחב יותר, הם בעלי מגבלות גבוהות יותר, וכו 'מתאים מורכבים, וכו ', וכו 'מתאים רחב יותר, וכו ', וכו', בדרך כלל, וכו '.

Graphene מציע מסלולים מרובים כדי להתגבר על המכשולים האלה: זה יכול לשמש כמצע שטוח מבחינה אטומית צמיחה אפיטקסית של סרטים דקים מוליכים על מוליכים סרטים, שכבת מינון אשר משנה צפיפות נושא, תבנית גמישה עבור הנדסה זנים, ואפילו כמו פלטפורמה שבה מוליכות על מופיעה מתאמים אלקטרוניים טהור (כמו בקסם מעוות bilayerene).

התפקיד הרב-פני של Graphene ב Superconductor Enhancement

אלקטרון דופינג ו-Hyssensity Modulation

הטמפרטורה הקריטית של רבים superconductors היא רגישה מאוד לריכוז המוביל.לדוגמה, ב MgB2 (magnesium diboride), Tc יכול להיות מכוון על ידי doping כימי. Graphene, בשל האופי של אפקט השדה המביך שלה, יכול לעשות חומרים סמוכים מאוד כאשר נעשה שימוש כמו שער אלקטרורד או כ interlayer. על ידי הפעלת מתח על פני שכבת גרפן ממוקם על משטח אחד, יכול להתאים יותר של חומר אלקטרוסטיום אחד של חומר דבקה של חומר זה היה מסוגל יותר מאשר גרף 2 היה מסוגל יותר מאשר גרף של חומר אלקטרוסטאורד.

הנדסה באמצעות Graphene Substrate

מבנה ה- lattice של superconductor משפיע ישירות על הלהקות האלקטרוניות שלה ובכך הפער המוליכים-על שלה. החלת זן יכול לשנות את ספקטרום הפוני והפיכת אלקטרון, פוטנציאל לשפר את Tc. Graphene, עם תכונות מכניות יוצא דופן שלה, יכול לשמש שיפור גמיש, מתוח-inducing חומרים. לדוגמה, על ידי הגדלת סרט על גרף ולאחר מכן או מתיחה של גרף זה יכול להיות נבדק ביעילות על ידי חומרים גרף של גרף זה, כמו גרף 2.

אפקט ההסתברות ואנדרייב הרהורים מגבירים

כאשר מתכת נורמלית ממוקמת במגע חשמלי טוב עם סופר-מוליכים, זוגות קופר יכולים לדלוף לתוך המתכת הרגילה על פני סולם אורך גודל אחיד (אורך קוהרנטיות) אפקט קרבה זה חיוני לבניית מכשירים על-מוליכים על-ידי בנין כגון צומת ג'וזףסון ו-SQUIDs. Graphene הוא גבוה ניידות גבוהה יותר ודחיסות נמוכה של מצבים רגילים לממשק להפוך אותו לאזור אידיאלי "נורמלי" עבור צומת דרכים כאלה.

Phon Mode הנדסה

במוליכים על קונבנציונליים, האנרגיה של phonons כי צמיד אלקטרונים חתיכה את הסולם עבור Tc. Graphene יש ספקטרום קונפוני ייחודי, במיוחד את מחוץ למטוס (מפרק) כי הם ייחודיים 2D חומרים, בעוד הצבת גרפן במגע אינטימי עם superconductor הנדסה, מצבי פוני חדש יכול להכליל, להגדיל את ההפיכה יעילה אלקטרו-פונית, בעוד כמה מהר יותר יכול לרכך את קטעי וידאו חדשים של חומרים כימיים.

Graphene- Based Superconducting Composites: חיזוק ותפקוד

מוליכי סופר מעשי, במיוחד זנים קרמיקה עתירי גבוה כמו REBCO (ר-earth barium נחושת oxide) ו BSCCO (ביוסטריון סידן נחושת), הם ידועים לשמצה גלידות רגישות לגבולות דגנים.שילוב גרף ספציפי לתוך מריצה של חומרים אלה הוכח יעיל בהקטנת נושאים אלה. A טיפוסי superconductor הוא מוכן על ידי ערבוב גרף זרם חמצן גבוה (מבוגר) עם תצוגות גרפיקה מוגברת של חומר גרף (מחדש) עם תצוגות) עם תצוגות מגנטיות) עם גרף גבוה יותר (מחדש) או מגנטיות מגנטיות) עם תצוגות מוגברת של חומר גרף (מחדש) עם תצוגות גרף גבוה יותר (מחדש) עם גרף) עם תצוגת חומר מגנטיות מוגברת של חומרים אלה הוא יעיל יותר) עם תצוגות מוגברת של חומר גרף גבוה יותר (מחדש) עם גרף (מחדש) עם תצוגות זרם מגנטיות) עם תצוגות) עם תצוגות זרם מגנטיות זרם מגנטיות (מחדש) עם תצוגות מוגברת של חומרים אלה הוכח יעיל יותר ויותר מוגברת של חומרים אלה הוכח יעיל יותר ויותר חזק יותר (מחדשה) עם תצוגות גרף גבוה יותר ויותר חזק יותר ויותר חזק יותר ויותר חזק יותר ויותר חזק יותר ויותר

יתרון נוסף של מרוכבים הוא ניהול תרמי.כפי שהוזכר, מוליכות תרמית גבוהה של גרפן עוזר להפיג במהירות חום מקומי, מניעת מפלט תרמי שיכול להוביל לשקית.לדוגמה, מחקר המטביע גרפים בתאים MgB2 מצא ירידה משמעותית בקצב המפלט התרמי תחת שיניים גבוהות.

פריצות דרך ומיילסטון

MgB2-Graphene Hybrids

Magnesium diboride (MgB2), עם Tc של 39 K, הוא סופר-מוליכים זול יחסית מתאים יישומים בטמפרטורות מימן נוזלי (20K) החוקרים הוסיפו כמויות קטנות (1–5 wt%) של גרפן ננופליטיס ל- MgB2 רובים וחוטים.התוצאות הראו עלייה צנועה ב Tc (ב 1–2 K) ושיפור משמעותי ב-J, במיוחד תחת גרף של 5, במיוחד, על פני גרף גבוה יותר, על פני גרף של C.

YBa2Cu3O7 ⁇ (YBCO) Coated Conductors with Graphene

YBCO הוא אחד מהמוליכים העל-טבעיים שנחקרו ביותר, עם Tc בסביבות 92 K. עם זאת, צורת הפולקריסטלליין שלה סובלת מקישורים חלשים בגבולות דגנים.ב-2020, צוות מאוניברסיטת יוסטון דיווח כי שילוב גרפים גרפן לתוך מטריקס YBCO באמצעות שיטת קידוד כימי הגדילה את צפיפות הזמן הקריטית על ידי כמעט כפול ב 77 ק"מ פעיל כדי לשפר את הגרפיקה.

Magic-Angle Twisted Bilayer Graphene

אולי התגלית המרתיעה ביותר הגיעה בשנת 2018 כאשר הקבוצה של פבלו ג'ירו ב-MIT הראו כי דו-שכבת גרפן, כאשר מעוותת ל"זווית מקדמית" מדויקת של כ-1.1 מעלות, המוצגת באופן הדוק בין התנהגות אלקטרו-אלקטרונית, וניתן להפוך למוליכים-על עם Tc של עד 1.7 ק"מ, זו הייתה ההפגנה הראשונה של מוליכות על-על בפחמית טהורה, בעוד שעדיין לא ניתן להאמין שמרכיבים חשמליים.

Graphene-Enhanced Iron-based Superconductors

מוליכי העל המבוססים על ברזל (למשל, FeSe, SmFeAsOx) פיתחו עניין עבור Tc גבוה שלהם (עד 56 K) ו- סימטריה יוצאת דופן של עבודה עדכנית הראו כי מונוlayer הפונה עם גרפן יכול לשפר את Tc שלה עד 100 K בתנאים מסוימים, אם כי ההשפעה היא דיון.Gphene משמש פלטפורמה עבור עומס מטען המטען וחיוב, והוא נראה בשלב מתקדם של מוליכים מחקר זה עשוי להוביל את המוליכים גבוה יותר.

אתגרים והדרך קדימה

בעוד הפוטנציאל של גרפן בטכנולוגיה סופר-מוליכים הוא עצום, כמה hurdles נשארים לפני אימוץ מסחרי נרחב.FLT:0Scalability ועלויות FLT:1 הם חששות ראשוניים: הפקת סרטים איכותיים, גדולים-area גרפינים במחיר המתחרה עם חומרים ייצוב קונבנציונלי עדיין מאתגר.

אתגר נוסף הוא ב-FLT:0, בהתחשב במנגנונים של מנגנונים של ההרחבה 1 (Tc Enhance) במערכות רבות, לא ברור אם השיפור נובע מההשפעה האלקטרונית של גרפן, חיזוק מכני, ניהול תרמי, או שילוב. מחקרים שיטתיים יותר נדרשים כדי לסבך את התרומות הללו ולבסס כללי עיצוב עבור טעינה אופטימלית גרפין ומורפיולוגיה.

במבט קדימה, החיפוש אחר מבנה העל של ה-FLT:0 [אולם] המוליכים את שלב 1:1 נשאר הגביע הקדוש. Grail. Graphene, בשל מבנה הלהקה האלקטרוני הייחודי שלו ויכולת לארח קורלציות חזקות (כמו ב- bilayers מעוות), ממשיך להציע זוויות חדשות של התקפה.הגילוי של מוליכות על פני השטח ב-1.7 K, בעוד רחוק מטמפרטורה החדר, הוכיח כי ניתן לשרת לבדם של כדור הארץ (למעשה, לא ניתן למנוע ממולקולות) עם דחיסות פחמן-פחמותק-פחמותק-פחמותק-פחמותק-פחמותק-פחמותק-פחמן (חומרים) או מטבוליזם של פחמן-פחמן, או מוליכים-פחמן, או מוליכים-פחמן, או מוליכים-פחמן, או מוליכים-פחמן, או מוליכים-פחמן, או מוליכים-פחמן, או מוליכים למחצה) ב-פחמן, או מוליכים למחצה) עם מוליכים למחצה, או מוליכים למחצה, או מוליכים למחצה, או מוליכים למחצה, או מוליכים למחצה, או מוליכים למחצה, או מוליכים-פחמן-פחמן, או מוליכים-פחמן-פחמן-פחמן,

לבסוף, (FLT:0) אינטגרציה אינטגרציה של CMOS 1 דורש כי מוליכים על בסיס גרפן יהיו תואמים עם תהליכי ייצור סטנדרטיים של CMOS.תגברות על הרגישות חמצון של כמה חומרים מורכבים ואת הרגישות של גרפן לטיפול הם אתגרים הנדסיים כי יהיה כרוך תוכניות capsulation חדשים ושכבות מעבר.

מסקנה

השילוב של גרפן למחקר ופיתוח על-מוליכים הוא דוגמה חיה לאופן שבו חומר יחיד יכול לזרז התקדמות לאורך שדה שלם.משפר את הביצועים החשמליים והמכניים של מוליכי העל מבוססים כמו MgB2 ו- YBCO, כדי לאפשר למדינות סופר-מוליכים חדשות לחלוטין בגרף דו-שכבת, גיליון פחמן דק אטומי זה כבר השפיע משמעותית בעוד אנחנו עדיין רחוקים מחדר קוונטי שיכול להפוך את הגדלים של חומרים חשמליים עם ביצועים גבוהים ביותר של אנרגיה.

(ב) ראו את פרס נובל על גרפן (Nobelze.org) ואת הביקורת על מוליכים על-פי גראפן מבוסס גרף (FLT:1:2) מחקר מפתח על גרפן מסבך קסם ניתן למצוא ב FLT 3:5 מנדט 4 ⁇