Легирование графита кальцием и иттербием позволило добиться относительно высоких (порядка 10 K) температур перехода в сверхпроводящее состояние.

Графит используется во всем мире для производства карандашей. Графитовый стержень оставляет след, который, с одной стороны, может сохраняться на бумаге сколь угодно долго, а с другой – при необходимости может быть легко удален с помощью обычного ластика. Это обусловлено слоистой структурой графита, в которой соседние слои связаны друг с другом очень слабыми вандерваальсовскими связями (и потому легко отделяются от графита при слабом нажатии), тогда как в пределах каждого слоя атомы углерода соединены прочными ковалентными связями.

Рис. 1. Кристаллическая структура C6M (M = Yb или Ca).

Ранее предпринимались неоднократные попытки перевести графит в сверхпроводящее состояние путем его легирования различными химическими элементами. Но максимум, чего удалось добиться – это сверхпроводимости при температуре менее 1 К в случае легирования калием и натрием. Английские физики из университетов Лондона и Кембриджа обнаружили, что внедрение атомов иттербия или кальция между графитовыми слоями приводит к образованию сверхпроводящих соединений с критической температурой 6.5 и 11.5 К, соответственно. Резистивный сверхпроводящий переход очень узкий (его ширина около 0.5 К), в образцах также наблюдается эффект Мейснера ("вытеснение" магнитного поля из образца, когда он находится в сверхпроводящем состоянии - сверхпроводники являются идеальными диамагнетиками). Эти результаты были тотчас же воспроизведены сразу в нескольких лабораториях.

Роль атомов иттербия и кальция заключается в том, что они поставляют свободные носители заряда в графитовые слои. Интересно, что авторы предыдущих работ по легированию графита пытались увеличить расстояние между графитовыми слоями как можно больше и при этом не особенно преуспели в повышении критической температуры, тогда как в C₆Ca расстояния между слоями оказалась меньше, чем в C₈K – в отличие от семейства сверхпроводящих фуллеренов A₃C₆₀ (здесь A – щелочной металл), где критическая температура падает при уменьшении межкластерного расстояния. Длина когерентности (это величина, характеризующая, грубо говоря,"размер" куперовской пары в определенном направлении), при этом гораздо менее анизотропна, чем можно было бы ожидать от таких слоистых сверхпроводников (35 нм в плоскости ab и 13 нм вдоль оси c). Это говорит о достаточно сильном когерентном взаимодействии между графитовыми слоями. Механизм сверхпроводимости еще предстоит установить. Новые экспериментальные данные о сверхпроводимости графита требуют переосмысления многочисленных противоречивых сообщений о сверхпроводимости связок многостенных углеродных нанотрубок. Надлежащее легирование нанотрубок позволит, возможно, добиться очень высоких критических температур.

Источник информации - заметка Л.Опенова в бюллетене ПерсТ, выпуск 21 за 2005 г.