Το γραφένιο, ένα δισδιάστατο υλικό που αποτελείται από ένα ενιαίο στρώμα ατόμων άνθρακα διατεταγμένα σε ένα εξαγωνικό πλέγμα, έχει συγκεντρώσει σημαντική προσοχή στην επιστημονική κοινότητα λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων του και των πιθανών εφαρμογών του σε ένα ευρύ φάσμα πεδίων. Το γραφένιο έχει πολλές σημαντικές εφαρμογές, για παράδειγμα, το γραφένιο είναι ένας εξαιρετικός αγωγός του ηλεκτρισμού, γεγονός που το καθιστά ένα πολλά υποσχόμενο υλικό για χρήση στην ηλεκτρονική. Έχει εξαιρετικά υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων, πράγμα που σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν μέσα από αυτό πολύ γρήγορα. Αυτή η ιδιότητα καθιστά το γραφένιο ιδανικό για χρήση σε τρανζίστορ υψηλής ταχύτητας και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές. Λόγω της μεγάλης επιφάνειας και της υψηλής αγωγιμότητας του γραφενίου, το καθιστούν ιδανικό υλικό για εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας. Έχει χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη υπερπυκνωτών, οι οποίοι μπορούν να αποθηκεύουν και να απελευθερώνουν ενέργεια γρήγορα και αποτελεσματικά. Επιπλέον, το Graphene είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στις αλλαγές στο περιβάλλον του, γεγονός που το καθιστά ιδανικό υλικό για χρήση σε αισθητήρες. Έχει χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη αισθητήρων για την ανίχνευση αερίων, χημικών ουσιών, ακόμη και μεμονωμένων μορίων. Άλλες συναρπαστικές εφαρμογές είναι στον τομέα της βιοϊατρικής. Η μεγάλη επιφάνεια και οι μοναδικές ιδιότητές του το καθιστούν χρήσιμο για τη χορήγηση φαρμάκων, τη βιοαπεικόνιση και τη μηχανική ιστών και λόγω της αντοχής και της αντοχής του γραφενίου το καθιστούν ένα πολλά υποσχόμενο υλικό για χρήση σε δομικές εφαρμογές. Έχει χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη ελαφρών και ισχυρών σύνθετων υλικών, καθώς και στην κατασκευή κτιρίων και άλλων κατασκευών.
Η ιστορία της ανακάλυψης του Γραφενίου χρονολογείται από το έτος 2004, όταν οι ερευνητές ανακάλυψαν το γραφένιο, μια μορφή άνθρακα που έχει συγκεντρώσει τεράστιο ενδιαφέρον τόσο από επιστήμονες όσο και από μηχανικούς λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων του. Το γραφένιο αποτελείται από ένα ενιαίο στρώμα ατόμων άνθρακα διατεταγμένα σε δικτυωτό μοτίβο που μοιάζει με κηρήθρα και όταν πολλαπλά στρώματα γραφενίου στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο, το προκύπτον υλικό μπορεί να παρουσιάσει πολύ διαφορετικές ηλεκτρονικές ιδιότητες ανάλογα με την ευθυγράμμιση αυτών των στρωμάτων σε σχέση ο ένας στον άλλον. Όταν δύο στρώματα γραφενίου συστρέφονται κατά μόλις 1,05 μοίρες το ένα με το άλλο, η προκύπτουσα στοίβα μπορεί είτε να μεταφέρει ηλεκτρισμό χωρίς αντίσταση, καθιστώντας την υπεραγωγό, είτε να εμποδίσει εντελώς τη δίοδο του ηλεκτρισμού, καθιστώντας την μονωτή. Αυτό το εύρημα ονομάστηκε «μαγική γωνία» και άνοιξε νέους δρόμους για την εξερεύνηση των ιδιοτήτων των υλικών με βάση το γραφένιο.
Πρόσφατα, ερευνητές στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech) με επικεφαλής τον Stevan Nadj-Perge, επίκουρο καθηγητή εφαρμοσμένης φυσικής και επιστήμης υλικών, ανακάλυψαν ότι το δισελενίδιο του βολφραμίου, ένα θαυματουργό υλικό με ειδικές οπτικές και ηλεκτρικές ιδιότητες, μπορεί να ενισχύσει τις ηλεκτρικές ιδιότητες του γραφενίου. με τρόπους που εμπλουτίζουν την κατανόησή μας για την υπεραγωγιμότητα και ανοίγουν το δρόμο για την κατασκευή πιο στιβαρών και εξαιρετικά συντονίσιμων υπεραγωγών με βάση το γραφένιο. Το δισελενίδιο του βολφραμίου δεν είναι απλώς αντίπαλος του γραφενίου, αλλά είναι επίσης συμπλήρωμά του. Με την προσθήκη δισελενιδίου βολφραμίου στο γραφένιο, οι ερευνητές στο Caltech κατάφεραν να βελτιώσουν σημαντικά την εύθραυστη υπεραγωγιμότητα των μη στριμμένων διπλών στρωμάτων γραφενίου. Η ερευνητική εργασία δημοσιεύεται τώρα στο περιοδικό με κριτές Φύση.
Η ερευνητική ομάδα ανακάλυψε ότι όταν το δισελενίδιο του βολφραμίου τοποθετείται στην κορυφή των διπλών στρωμάτων γραφενίου, η υπεραγωγιμότητα του μη στριμμένου γραφενίου βελτιώνεται σημαντικά. Συγκεκριμένα, η υπεραγώγιμη κρίσιμη θερμοκρασία ενισχύεται κατά ένα συντελεστή 10. Με το να βρίσκεται σε κοντινή απόσταση από το γραφένιο, το δισελενίδιο του βολφραμίου προσφέρει τα οφέλη της συστροφής της «μαγικής γωνίας» στο πιο μαζικά παραγόμενο μη στριφτό γραφένιο. Αυτό το εύρημα παρέχει νέα εικόνα για τη φύση της υπεραγωγιμότητας και προτείνει στρατηγικές για την ενίσχυση της υπεραγωγιμότητας σε άλλα σχετικά υλικά με βάση το γραφένιο.
Το υψηλό επίπεδο συντονισμού σε αυτές τις συσκευές διπλής στρώσης γραφενίου ανοίγει δυνατότητες για μελλοντικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, εφαρμόζοντας ηλεκτρικά πεδία, οι ερευνητές μπορούν να προσθέσουν ή να αφαιρέσουν ηλεκτρόνια από τη διπλή στοιβάδα καθώς και να τα ωθήσουν προς και μακριά από το δισεληνίδιο του βολφραμίου. Αυτό επιτρέπει την προσεκτική μελέτη της ενίσχυσης της υπεραγωγιμότητας στο σύστημα. Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα των μη συνεστραμμένων υπεραγωγών γραφενίου σε σύγκριση με τους συνεστραμμένους ομολόγους τους είναι ότι είναι πολύ πιο καθαροί όσον αφορά την αταξία και τα ελαττώματα, και τεχνικά πολύ πιο εύκολο να κατασκευαστούν. Αυτό σημαίνει ότι αυτές οι δομές μπορεί να είναι πιο κατάλληλες για εφαρμογές όπου κάποιος θα χρειαστεί να κάνει πολλά πανομοιότυπα αντίγραφα της ίδιας αρχιτεκτονικής συσκευής.
Οι μοναδικές ιδιότητες και οι πιθανές εφαρμογές του γραφενίου το καθιστούν σημαντικό υλικό στην επιστήμη και τη μηχανική. Η συνεχιζόμενη έρευνα επικεντρώνεται στην ανάπτυξη νέων εφαρμογών και τεχνολογιών που αξιοποιούν πλήρως τις δυνατότητες αυτού του αξιοσημείωτου υλικού. Η ανακάλυψη ότι το δισελενίδιο βολφραμίου μπορεί να ενισχύσει τις ηλεκτρικές ιδιότητες του γραφενίου παρέχει νέα εικόνα για τη φύση της υπεραγωγιμότητας και προτείνει στρατηγικές για την ενίσχυση της υπεραγωγιμότητας σε άλλα σχετικά υλικά με βάση το γραφένιο. Το υψηλό επίπεδο συντονισμού σε συσκευές διπλής στιβάδας γραφενίου ανοίγει δυνατότητες για μελλοντικές εφαρμογές και οι υπεραγωγοί γραφενίου που δεν έχουν συστραφεί μπορεί να είναι πιο κατάλληλοι για εφαρμογές όπου πρέπει να δημιουργηθούν πανομοιότυπα αντίγραφα της ίδιας αρχιτεκτονικής συσκευής. Η έρευνα του καθηγητή Stevan Nadj-Perge και των συνεργατών του ανοίγει το δρόμο για την ανάπτυξη νέων και βελτιωμένων υλικών με βάση το γραφένιο με ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σε τομείς όπως η ηλεκτρονική, η ενέργεια και η βιοτεχνολογία.
