Supraleiter aus Kohlenstoff

In Supraleitern fließt Strom bei tiefen Temperaturen ohne elektrischen Widerstand – in speziellen Keramiken bereits ab minus 130 Grad Celsius. Nun entdeckten Physiker, dass auch hauchdünne Schichten aus Kohlenstoff supraleitende Eigenschaften aufweisen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, gibt es viele Parallelen zu anderen unkonventionellen Supraleitern. Genaue Analysen könnten dazu beitragen, die physikalischen Mechanismen dahinter aufzuklären.

Pablo Jarillo-Herrero vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge und seine Kollegen stellten für ihre Experimente winzige Flocken aus Graphen her. In diesem Material ordnen sich Kohlenstoffatome in einer streng symmetrischen zweidimensionalen Schicht an. Die Flocken hafteten an einem beschichteten Glasträger, sodass die Wissenschaftler zwei Graphenschichten übereinanderlegen und gezielt um einen Winkel von 1,3 Grad verdrehen konnten. „Dieses kombinierte System zeigte unerwartete elektronische Eigenschaften“, so Jarillo-Herrero.

Zu diesen Eigenschaften zählt die Supraleitung, die sich beim Abkühlen der Graphenschichten auf eine Temperatur von minus 271,5 Grad Celsius offenbarte. Zusätzlich zeigte sich, dass sich die elektronischen Eigenschaften des zweidimensionalen Materials mit elektrischen Feldern kontrolliert verändern ließen. Die Ursachen für dieses Verhalten sind bislang noch unklar. Allerdings vermuten die Forscher, dass die spezielle Verdrehung der Graphenschichten einen großen Einfluss auf die Beweglichkeit von Elektronen hat.

Die Versuche belegen abermals, dass zweidimensionale Materialien wie Graphen bisher unentdeckte physikalische Eigenschaften aufweisen, die sich deutlich von dreidimensionalen Festkörpern aus den gleichen chemischen Elementen unterscheiden. Zudem erwarten Jarillo-Herrero und seine Kollegen, dass sich die Eigenschaften von unkonventionellen Supraleitern mit den verdrehten Graphenschichten genauer untersuchen lassen.