Chaque fois qu'un nouveau matériau est découvert, les scientifiques sont impatients de savoir s'il peut ou non être supraconducteur. Cela s'applique particulièrement au matériau merveilleux qu'est le graphène. Maintenant, une équipe internationale autour de chercheurs de l'Université de Vienne a dévoilé le mécanisme d'appariement supraconducteur dans du graphène dopé au calcium en utilisant la méthode ARPES. Leurs résultats sont publiés dans la revue réputée Communication Nature .

Les matériaux supraconducteurs présentent une caractéristique inestimable lorsqu'ils sont refroidis en dessous d'une température critique :ils permettent le transport d'un courant électrique sans perte. La supraconductivité est basée sur le fait que dans certains matériaux, des électrons peuvent s'apparier, ce qui, à une température plus élevée, se repousserait autrement. Des scientifiques du groupe Propriétés électroniques des matériaux de la Faculté de physique (Université de Vienne) et leurs partenaires de collaboration se sont associés pour découvrir le mécanisme de couplage supraconducteur potentiel du graphène, un matériau merveilleux.

Graphène, une couche épaisse d'atomes de carbone d'un seul atome a été découverte en 2004 et est considérée comme l'une des substances les plus étonnantes et polyvalentes disponibles pour l'humanité. L'impact du premier véritable matériau bidimensionnel est si important qu'un prix Nobel a été décerné pour sa découverte. Jusque récemment, il n'y avait pas de rapports expérimentaux de supraconductivité dans le graphène bien que ses proches parents, le graphite et les fullerènes peuvent être rendus supraconducteurs en introduisant intentionnellement des électrons dans le matériau (dopage).

La méthode ARPES – comment la lumière éclaire la supraconductivité

Afin de faire la lumière sur la supraconductivité dans le graphène, les scientifiques ont eu recours à la puissante méthode de photoémission :lorsqu'une particule lumineuse interagit avec un matériau, elle peut transférer toute son énergie à un électron à l'intérieur de ce matériau. Si l'énergie de la lumière est suffisamment grande, l'électron acquiert suffisamment d'énergie pour s'échapper du matériau. Déterminer l'angle sous lequel les électrons s'échappent du matériau permet aux scientifiques d'extraire des informations précieuses sur les propriétés électroniques et les interactions complexes à plusieurs corps du matériau. Nikolay Verbitskiy et Alexander Grüneis de l'Université de Vienne ainsi qu'Alexander Fedorov et Denis Vyalikh de IFW-Dresde et TU-Dresden et Danny Haberer de l'Université de Californie à Berkeley et leurs collègues ont utilisé cette technique - la photoémission à angle résolu spectroscopie (ARPES) – au synchrotron Elettra à Trieste où ils ont étudié l'interaction d'une série de dopants électroniques (Cs, Rb, K, N / A, Li, Ca) avec du graphène monocouche.

Qui fait la note ?

Selon les conclusions des scientifiques, le calcium est le candidat le plus prometteur pour induire la supraconductivité dans le graphène avec une température critique d'environ 1,5K. Cette température critique est plutôt basse comparée à par ex. fullerènes supraconducteurs à 33K. Cependant, Le graphène offre plusieurs avantages considérables par rapport à de nombreux autres matériaux. Puisqu'il ne se compose que d'atomes de carbone disposés en couches simples, il est facile à fonctionnaliser chimiquement. De plus, il peut être cultivé en plusieurs nombres de couches d'atomes dans divers ordres d'empilement et peut être dopé de plusieurs manières différentes. Ainsi, il donne une multitude d'options à expérimenter.

Les scientifiques sont convaincus que, tandis que le graphène n'établira pas de nouveaux records de températures critiques, la facilité avec laquelle ses propriétés peuvent être modifiées améliorera notre compréhension de la supraconductivité en général et des matériaux carbonés en particulier.