Grafen je lidstvu znám již od roku 2004 a prakticky po celou tu dobu je označován za nový zázračný materiál. Jeho tajemství je ukryto v unikátní struktuře – je vlastně dvourozměrný o výšce pouhého jednoho atomu. Jako forma uhlíku má však strukturu podobnou grafitu - odtud pochází jeho název.

Disponuje jak extrémní pevností, tak i průhledností. Potenciálně by mohl tvořit displeje počítačů, komponenty nové generace baterií nebo síto, jímž by se mohla levně odsolovat mořská voda. Grafen však disponuje také vynikající vodivostí – a již po 14 let je s ním tak spojován rovněž sen o zvládnutí supravodivosti.

Zázračný materiál v čekárně

Pojem supravodivost označuje chování materiálu, který neklade průchodu elektrického proudu žádný odpor. Průmyslové využití supravodivosti by nás přitom mohlo výrazně posunout vstříc futuristickým vizím o 21. století. Aplikovanou supravodivost lze využít u produkce levnějších magnetických vlaků, lékařské diagnostiky nebo v jednodušším a trvalejším skladování energie.

Princip tohoto jevu je znám již od roku 1911, doposud se jej však většinou podařilo dosáhnout u extrémně podchlazených materiálů – jejich ochlazování přitom polyká více energie, než by se dalo teoreticky ušetřit. Grafen by ale aplikaci supravodivosti mohl přinést do "pokojových teplot". 

O vynikající vodivosti grafenu se ví již delší dobu – dosáhnout u něj supravodivosti se vlastně podařilo již několikrát. Zatím vždy to ale znamenalo určitou úpravu složení grafenu, čímž materiál ztratil část ze svých dalších kýžených vlastností.

Naposledy loni bylo například u grafenu dosaženo supravodivosti díky přísadě v podobě atomů vápníku. Nový objev z dílny Massachusettského technologického institutu (MIT) si však vystačí i bez nich.

To by mohlo přenesení supravodivosti do běžného světa podstatně ulehčit. zdroj: Massachusetts Institute of Technology

Skoro náhodný objev

Vědci z MIT při pokusu experimentovali s položením dvou vrstev grafenu na sebe. Jak upravovali vzájemné postavení obou vrstev, podařilo se jim vlastně omylem dosáhnout vzájemného posunutí úhlu vrstev vůči sobě o 1,1 stupně jako na obrázku výše – načež náhle zjistili, že elektrony začaly materiálem protékat se supravodivou lehkostí. To vše při pokojové teplotě Pokus sice probíhal stále u teplot blízko absolutní nule, vedoucí týmu jej však označuje za významný krok vstříc supravodivosti za běžných teplot. Přesný princip jevu momentálně není zcela znám – koreluje však s tím, co se od grafenu dlouhodobě očekává.

"Výsledků jsme dosáhli skrze různou metodiku a měřili jsme je ve vzájemné spolupráci. Máme v naše závěry vysokou důvěru." řekl k dvojici studií, které supravodivost grafenu popisují, jeden z výzkumníků Pablo Jarillo-Herrero z MIT.

Laureát Nobelovy ceny za fyziku Robert Laughlin však očekává, že materiáloví fyzici po celém světě nyní začnou pokus z MIT replikovat a experimentovat s vlastními konfiguracemi dvouvrstvého uspořádání grafenu - časem snad dosáhnou i tzv. vysokotepelné supravodivosti kolem -140 °C, později doufejme i vyšší. Pokud by se tak studie z MIT mýlila, budeme to vědět nejspíše velmi brzy.

Pokud by byla supravodivost za pokojové teploty skutečně jen otázkou relativně snadného navrstvení grafenu na sebe, mohla by se levná supravodivost stát realitou během jediné generace. Není rovněž bez zajímavosti, že grafen byl doposud poměrně náročný na produkci.

Loni v létě se však objevila práce, která tvrdí, že dosáhla výroby velkého množství čistého grafenu z prostého grafitu. "Ohromující implikace této práce je, že supravodivost byla po celou dobu něco jednoduchého. Bylo jen těžké vše správně vypočítat," dodal Laughlin.

Výsledky publikoval ve dvou studiích server Nature.

Aktualizováno 15. 3. 14.23: původní článek obsahoval informaci o tom, že aktuální experiment již dosáhl experimentu za pokojové teploty - ačkoliv studie mluvila jenom o tom, že nás daný pokus může tomuto cíli přiblížit, experiment stále probíhal za teplot blízko absolutní nule. Za chybu se omlouváme.