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两层天津石墨板中的成分石墨烯叠成“魔角”可超导

两层天津石墨板中的成分石墨烯叠成“魔角”可超导

  物理学家在两篇宣告在《天然》期刊的论文中指出,当两层天津石墨板中的成分石墨烯以一个“魔角”歪曲在一起时,就能在零电阻下导电。更切当地说,物理学家将两层只需原子厚的天津石墨板中的成分石墨烯以特别的角度堆叠在一起,当碳原子间的摆放呈1.1度(这个角度就是所谓的“魔角”)的角度偏移时,就会使材料变为超导体。尽管该系统仍然需要被冷却至***零度以上1.7度,但结果标明了它或许可以像已知的高温超导体那样导电。一旦该结果被供认,此次的发现关于理解高温超导电性至关重要。

  超导体大致可分为两种类型:可被干流超导理论说明的常规超导体,以及无法用干流理论说明的非常规超导体。***的研究结果闪现了天津石墨板中的成分石墨烯的超导行为是非常规的,而且表现出一些与另一种被称为铜氧化物的非常规超导体类似的特色。这种凌乱的氧化铜可以在***零度的133度之上导电。三十年来,尽管在寻找室温超导体的路上,铜氧化物一直是物理学家所注重的焦点,但其反面的机制依旧使他们困惑。

  天津石墨板中的成分石墨烯是一种以碳原子组成的六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜,是一种厚度只需一个碳原子大的二维材料。自天津石墨板中的成分石墨烯被发现以来,其许多优异特色一直令人形象深入:它比铁还要稳固,比铜的导电性还要好等等。之前,科学家就发现了天津石墨板中的成分石墨烯的超导电性,但那只发生在它与其它材料触摸时,而且其超导行为可以用常规的超导电性说明。

  天津石墨板中的成分石墨烯具有许多令人惊喜的性质,可以被应用在许多方面。| 图片来历:Image Guru

  麻省理工的物理学家Pablo Jarillo-Herrero和他的团队在试验进行之初并不是为了研究超导电性。他们想要探求的是被称为魔角的方向性会怎么影响天津石墨板中的成分石墨烯。依据理论家的猜想,若二维材料不同层间的原子以特定的角度偏移,可能会诱发电子在薄片中通过,并以幽默的方法效果——但是他们并不知道终究会是什么方法。

  在双层薄片的试验设置中,他们当即就看见了意想不到的行为。首要,对天津石墨板中的成分石墨烯的导电性和其带电粒子密度的丈量中发现,这种结构已成为一种莫特绝缘体(Mott insulator),这是一种具有全部导电发生所必需成分的材料,但其粒子间的相互效果却会阻止电子的安闲移动使得这全部无法发生。接下来,只需对其略微施以弱小的电场,以在系统中添加一点额外的电荷载子,它就会成为超导体。

  在改变双层天津石墨板中的成分石墨烯中的旋转效应:a. 当双层天津石墨板中的成分石墨烯被歪曲时,上层薄片被旋转使得无法与下层薄片对齐,然后让元胞(unit cell)得到扩展(赤色)。b. 关于小角度的旋转,就会出现所谓的“摩尔纹”(moiré pattern),其中局部堆叠的摆放呈周期性改变。| 图片来历:Nature

  终究,尽管天津石墨板中的成分石墨烯要在超低温下才会表现出超导电性, 但它仅需电子密度是常规超导体的万分之一,就能在相同温度下获得超导才能。在常规的超导体中,这个现象只在当振动答应电子构成一对一对时才出现,成对的电子会安稳它们的跋涉途径,使它们能在零电阻的情况下活动。但由于天津石墨板中的成分石墨烯中可用的电子是如此之少,因此它们可以成对的事实标明系统中的相互效果要比在常规超导体中发生的强的多。


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