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石墨烯研究新进展:既能当绝缘体,又能当超导体
2018年03月08日 发布 分类:行业要闻 点击量:3671
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麻省理工和哈佛大学的研究人员最新发现,石墨烯可在一定条件下表现出两种极端的电特性:既可做绝缘体,完全阻隔流动的电子;又可当超导体,使电流通行无碍。

 

过去,包括这支团队在内的研究人员,为使石墨烯得到超导性能,通常会让它与其他超导金属结合生成石墨烯超导体。但在最新研究中,研究小组找到了一种方法,可以让石墨烯自身具备超导性能,证明了超导性其实也是纯碳材料的潜在性能之一。

 

实验中,研究员们制造了一个“超晶格”,将两个石墨烯薄片叠放在一起——但不是精确地叠放在一起,而是稍微旋转了一点,两层间存在着一个被他们称为“魔力角度”的1.1度。旋转后,覆盖层的六边形蜂窝状结构会轻微地偏移,形成下图中的波纹构型。根据科学家推断,这两层石墨烯的表面电子之间会产生“强烈的相互作用”。而在其他叠加的结构中,石墨烯更倾向于保持独立状态,无论是电子学意义还是在其他方面,都很少与相邻层发生交互。


 

旋转1.1度后叠加的石墨烯

 

研究小组发现,当以这种神奇的角度旋转后,双层石墨烯结构会表现出了绝缘性,类似于一种被称为莫特绝缘体的奇特材料。莫特绝缘体是一种重要的材料,它是大部分的高温超导体的母体化合物。科学家在多年前发现,通过“掺氧”可使原子从莫特绝缘体上吸引电子,留下更多的空间给剩余的电子,而当加入足够多的氧时,莫特绝缘体的电子特性就会发生改变。

 

研究团队从中得到灵感:如果他们能在这种相似的超晶格中添加电子,让电子聚集在一起,是否能将其转化为超导体?为了找到答案,他们在“魔法角度”石墨烯超晶格上施加了一个小小的触发电压,在结构上则增加了少量的电子。最后发现,达到某种程度后,电子会从最初的绝缘状态中脱离出来,毫无阻力地开始流动,不会消耗能量——就像超导体一样。

 

“这种石墨烯结构可作为一个新平台,用于研究非常规的超导性,”该团队说。“比方说,当石墨烯用于超导晶体管时,通过转变它的超导性和绝缘性,便能控制开关,这为量子元件提供了许多可能性。”


粉体圈编译


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