Supravodivost je stav materiálu, který může změnit náš svět. Elektrony (částice se záporným elektrickým nábojem) při ní mohou volně procházet materiálem bez odporu, což znamená, že elektřina proudí bez jakékoli ztráty energie přeměnou na teplo.

Pokud supravodivost ovládneme, otevřou se nám dveře do éry bezztrátového přenosu velkých elektrických výkonů, snadno skladovatelné energie, vznášejících se vlaků a superrychlých počítačů. Stovky těchto aplikací jsou ve stadiu laboratorních zkoušek a další teprve čekají na svou příležitost.

Problém spočívá v tom, že supravodivost nastává převážně při ochlazení vodiče na extrémně nízké teploty blízké absolutní nule (−273,15 stupňů Celsia). Ochlazování (zpravidla kapalným heliem) tak spolyká hodně energie (a peněz), často víc, než kolik samotná supravodivost může ušetřit.

Blíž k pokojovým teplotám však může supravodivost posunout grafen.

Významný pokrok v supravodivosti grafenu pokřiveného do „kouzelného úhlu“ teď dosáhl vědecký tým z Kalifornského technologického institutu (California Institute of Technology, Caltec). V tomto nezvyklém stavu hmoty fyzici vypínali a zapínali supravodivost grafenu pomocí obyčejného spínače. Svůj experiment popisují ve vědeckém magazínu Nature.

Not hocus pocus, just advanced science. Scientists @Caltech are studying the unique ability to turn superconductivity on and off with the flip of a switch in “magic-angle twisted graphene” and what that means for superconductivity in general: https://t.co/GYeIHf2DYe pic.twitter.com/M6eTmENqPI

— DOE Office of Science (@doescience) July 21, 2022

Grafen pokřivený do kouzelného úhlu byl objeven v roce 2018. Je tvořen dvěma, nebo třemi vrstvami uhlíku o tloušťce jediného atomu, které jsou pootočeny o 1,05 stupně. Výsledný materiál se může chovat jako izolátor nebo supravodič v závislosti na množství elektronů, které jím prochází.

„Zatímco supravodiče existují již dlouhou dobu, pozoruhodnou novinkou v kroucených grafenových dvojvrstvách a trojvrstvách je, že supravodivost v těchto materiálech můžete zapnout jednoduše přivedením napětí na blízkou elektrodu. Elektrické pole účinně přidává nebo odebírá elektrony navíc. Funguje to podobným způsobem, jako když je proud řízen v konvenčních tranzistorech.“ cituje web Caltech Stevana Nadje-Pergea, který vedl výzkum.

Tohle umí supravodivost. Levitující kompozitní disk nad kobaltovou deskou chlazenou kapalným dusíkem. | zdroj: Profimedia

Nové poznatky jeho týmu ukazují, že grafen v kouzelném úhlu může být cestou k supravodivé budoucnosti.

Kromě pokroku v technologii je však ještě nutné pochopit také principy, na kterých je supravodivost v grafenu a jiných materiálech založena. A to je úkol na mnoho let.