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小烯導(dǎo)讀
近日消息，哥倫比亞大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組開發(fā)了一種新方法，可以精細(xì)地調(diào)整相鄰石墨烯帶花邊的蜂窩狀碳原子層，從而誘導(dǎo)超導(dǎo)。該研究為這種二維材料有趣特性背后的物理學(xué)提供了新見(jiàn)解。該研究小組的論文發(fā)表在2019年1月24日的《科學(xué)》期刊上。
石墨烯被譽(yù)為一種神奇的材料，石墨烯不僅是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最堅(jiān)固、最薄的材料，而且其獨(dú)特的導(dǎo)熱和導(dǎo)電能力，為電子、能源和醫(yī)藥等領(lǐng)域的創(chuàng)新鋪平了道路。現(xiàn)在，哥倫比亞大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組開發(fā)了一種新方法，可以精細(xì)地調(diào)整相鄰石墨烯帶花邊的蜂窩狀碳原子層，從而誘導(dǎo)超導(dǎo)。該研究為這種二維材料有趣特性背后的物理學(xué)提供了新見(jiàn)解。該研究小組的論文發(fā)表在2019年1月24日的《科學(xué)》期刊上。
哥倫比亞大學(xué)(Columbia)物理學(xué)助理教授、該研究的首席研究員科里迪恩(Cory Dean)說(shuō)：我們的研究工作展示了誘導(dǎo)雙絞線石墨烯超導(dǎo)的新方法，尤其是通過(guò)施加壓力實(shí)現(xiàn)的方法，這也為麻省理工學(xué)院去年的研究成果提供了關(guān)鍵的首次確認(rèn)（雙分子層石墨烯在彎曲成一定角度時(shí)可以表現(xiàn)出電子特性）并進(jìn)一步加深了我們對(duì)該系統(tǒng)的理解，這對(duì)這個(gè)新領(lǐng)域的研究極為重要。
2018年3月麻省理工學(xué)院(Massachusetts Institute of Technology)的研究人員報(bào)告了一項(xiàng)突破性發(fā)現(xiàn)：當(dāng)兩層石墨烯之間的扭曲角為1.1度時(shí)，兩層石墨烯可以在沒(méi)有阻力的情況下導(dǎo)電，這被稱為“魔角”。但事實(shí)證明，要達(dá)到這個(gè)神奇的角度并不容易！
對(duì)扭曲的雙層石墨烯施加壓力，將其推到一起，將材料從金屬轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體。圖片：Ella Maru Studio
石墨烯層必須被扭曲到1.1左右，這在實(shí)驗(yàn)上具有挑戰(zhàn)性。研究人員發(fā)現(xiàn)非常小的排列誤差可能會(huì)帶來(lái)完全不同的結(jié)果。因此包括來(lái)自國(guó)家材料科學(xué)研究所和加州大學(xué)圣巴巴拉分校的科學(xué)家們，開始測(cè)試是否可以在更大旋轉(zhuǎn)中達(dá)到魔術(shù)般的角度條件。哥倫比亞大學(xué)物理系博士后研究員、該研究的第一作者馬修揚(yáng)科維茨(Matthew Yankowitz)說(shuō)：我們沒(méi)有試圖精確地控制角度，而是詢問(wèn)是否可以改變兩層之間的間隔，這樣一來(lái)，理論上任何扭曲的角度都可以變成一個(gè)神奇的角度。他們研究了一個(gè)扭曲角度為1.3度的樣品——僅略大于魔角，但仍遠(yuǎn)到足以阻止超導(dǎo)。施加壓力使材料從金屬變成絕緣體(電流不能流動(dòng))或超導(dǎo)體(電流可以無(wú)電阻通過(guò))，這取決于材料中電子的數(shù)量。
引人注目的是，通過(guò)施加超過(guò)10,000個(gè)大氣壓，研究人員觀察到絕緣和超導(dǎo)相的出現(xiàn)，此外石墨烯的超導(dǎo)性是在迄今為止觀察到的最高溫度下形成，略高于絕對(duì)零度3度。為了達(dá)到誘導(dǎo)超導(dǎo)所需的高壓，該團(tuán)隊(duì)與位于佛羅里達(dá)州塔拉哈西的國(guó)家高磁場(chǎng)用戶設(shè)備Maglab密切合作。這是一個(gè)巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，在制造了使用過(guò)最獨(dú)特的設(shè)備之一之后，必須結(jié)合低溫、高磁場(chǎng)和高壓——所有這些都在測(cè)量電響應(yīng)。把所有這些放在一起是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，而改研究團(tuán)隊(duì)能夠讓它成功，真的要?dú)w功于Maglab出色的專業(yè)知識(shí)。研究人員認(rèn)為，在更高的壓力下，可能進(jìn)一步提高超導(dǎo)的臨界溫度，最終目標(biāo)是有一天開發(fā)出一種可以在室溫條件下工作的超導(dǎo)體。
盡管這在石墨烯中可能具有挑戰(zhàn)性，但它可以作為在其他材料中實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的路線圖。這項(xiàng)研究的合作者之已，加州大學(xué)圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)的物理學(xué)助理教授安德里亞·楊(Andrea Young)說(shuō)：這項(xiàng)研究清楚地表明，擠壓這些層與扭曲它們具有同樣的效果，并為操縱石墨烯的電子特性提供了另一種范式。研究結(jié)果極大地放松了研究這一系統(tǒng)的難度，并為我們提供了控制這一系統(tǒng)的新方法。Dean和Young現(xiàn)在正在扭曲和擠壓各種原子薄的材料，希望能在其他二維系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。了解這些現(xiàn)象發(fā)生的‘原因’是一項(xiàng)艱巨挑戰(zhàn)，但對(duì)最終利用這種材料的力量至關(guān)重要——研究正開始揭開謎團(tuán)！
更多信息：
"Tuning superconductivity in twisted bilayer graphene" Science (2019).
science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.aav1910
資料來(lái)源：博科園，石墨烯資訊編輯整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處
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