Le flux de courant électrique sans fin des supraconducteurs pourrait offrir de nouvelles options pour le stockage d'énergie et la transmission et la production électriques super efficaces, pour ne citer que quelques avantages. Mais la signature zéro résistance électrique des supraconducteurs n'est atteinte qu'en dessous d'une certaine température critique, des centaines de degrés Celsius sous le point de congélation, et est très coûteux à réaliser.

Des physiciens de l'Université de Belgrade en Serbie pensent avoir trouvé un moyen de manipuler le super-mince, monocouches en plaquettes de supraconducteurs, comme le graphène, une monocouche de carbone, modifiant ainsi les propriétés du matériau pour créer de nouveaux matériaux artificiels pour les futurs appareils. Les résultats des calculs théoriques et des approches expérimentales du groupe sont publiés dans le Journal de physique appliquée .

"L'application d'une déformation biaxiale en traction conduit à une augmentation de la température critique, impliquant que l'obtention d'une supraconductivité à haute température devient plus facile sous contrainte, " a déclaré le premier auteur de l'étude du laboratoire LEX de l'Université de Belgrade, Vladan Celebonovic.

L'équipe a examiné comment la conductivité dans les matériaux de faible dimension, comme le graphène dopé au lithium, changé lorsque différents types de forces appliquaient une "contrainte" sur le matériau. L'ingénierie des contraintes a été utilisée pour affiner les propriétés des matériaux plus volumineux, mais l'avantage d'appliquer une contrainte aux matériaux de faible dimension, seulement un atome d'épaisseur, est qu'ils peuvent supporter de grandes contraintes sans se casser.

La conductivité dépend du mouvement des électrons, et bien qu'il ait fallu sept mois de travail acharné pour dériver avec précision les mathématiques pour décrire ce mouvement dans le modèle Hubbard, l'équipe a finalement pu examiner théoriquement la vibration et le transport des électrons. Ces modèles, parallèlement aux méthodes de calcul, a révélé comment la contrainte introduit des changements critiques dans les monocouches de graphène dopé et de diborure de magnésium.

"La mise sous contrainte d'un matériau de faible dimension modifie les valeurs de tous les paramètres du matériau; cela signifie qu'il y a la possibilité de concevoir des matériaux selon nos besoins pour toutes sortes d'applications, " a déclaré Celebonovic, qui a expliqué que combiner la manipulation de la contrainte avec l'adaptabilité chimique du graphène donne le potentiel pour une large gamme de nouveaux matériaux potentiels. Compte tenu de la grande élasticité, résistance et transparence optique du graphène, l'applicabilité pourrait être de grande envergure - pensez à l'électronique flexible et aux dispositifs optoélectriques.

Aller plus loin, Celebonovic et ses collègues ont testé comment deux approches différentes de l'ingénierie des contraintes sur des monocouches minces de graphène affectaient la structure du réseau et la conductivité du matériau 2D. Pour les feuilles de graphène "exfoliées" en phase liquide, l'équipe a découvert que l'étirement des souches séparait les flocons individuels et augmentait ainsi la résistance, une propriété qui pourrait être utilisée pour faire des capteurs, tels que les écrans tactiles et e-skin, un matériau électronique fin qui imite les fonctionnalités de la peau humaine.

"Dans l'étude de microscopie à force atomique sur des échantillons de graphène exfoliés par micromécanique, nous avons montré que les tranchées produites dans le graphène pouvaient être une excellente plate-forme pour étudier les changements locaux de la conductivité du graphène dus à la déformation. Et ces résultats pourraient être liés à notre prédiction théorique sur les effets de la contrainte sur la conductivité dans les systèmes de type unidimensionnel, " a déclaré Jelena Pesic, un autre auteur sur le papier, du Laboratoire de graphène de l'Université de Belgrade.

Bien que l'équipe prévoie de nombreux défis pour réaliser expérimentalement les calculs théoriques de cet article, ils sont enthousiastes à l'idée que leurs travaux pourraient bientôt « révolutionner le domaine de la nanotechnologie ».