Японские ученые обнаружили, что введение дополнительного кальция высокой плотности в двухслойный графен, интерколированный кальцием, увеличивает его сверхпроводящие свойства и повышает критическую температуру. Ученые связали это с явлением конфайнмент-эпитаксии и возникновением сингулярности Ван Хова.

Статья опубликована в журнале ACS Nano.

Двухслойный графен обладает массой интересных свойств. Например, в нем возникает сверхпроводимость, если повернуть один слой относительно другого на определенный угол. А в скрученном графене возникает одномерная близость сверхпроводимости в квантовом режиме Холла. Эти свойства физики объясняют необычной структурой его электронных зон.

Но не только механические воздействия могут вызывать сверхпроводимость в двухслойном графене. Ранее физики продемонстрировали, что явление сверхпроводимости возникает и в бислое графена, интеркалированном кальцием (C₆CaC₆). При этом критическая температура такого материала оказалась самой высокой среди класса двухслойных графеновых сверхпроводников — около четырех кельвинов.

Теперь физики под руководством Сатору Итинокуры (Satoru Ichinokura) из Токийского университета показали, что введение дополнительного кальция высокой плотности приводит к усилению сверхпроводящих свойств образцов. По мнению ученых, это происходит из-за появления дополнительного слоя кальция между бислойным интерколированным кальцием графеном и подложкой из карбида кремния (SiC) — явления конфайнмент-эпитаксии. Это приводит к возникновению сингулярности Ван Хова и усилению сверхпроводимости.

Температурная зависимость поверхностного удельного электрического сопротивления образцов бислойного графена интерколированного кальцием. Satoru Ichinokura et al. / ACS Nano, 2024

Физики также сравнили образцы с дополнительным кальцием и без него, и обнаружили, что образование дополнительного слоя кальция приводит к повышению критической температуры образцов до 9,5 кельвина.

По словам ученых, все эти результаты указывают на важность связующего слоя между двумерным графеном и его подложкой. В частности, кальциевая удерживающая эпитаксия усилила сверхпроводимость образца за счет усиления притягивающих взаимодействий в паре электронных и дырочных зон с плоской дисперсией вокруг уровня Ферми.