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Nature:石墨烯/氮化硼超晶材料实现超导体和绝缘体任意转换
2019年07月23日 发布 分类:技术前沿 点击量:209
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7月17日,美国劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory,LBNL)在Nature发布了一项研究成果,研究人员利用三层石墨烯和六方氮化硼(HBN)制备出了一种可以从超导体任意切换为绝缘体的装置。

石墨烯/氮化硼超晶材料结构示意图

(灰色为三层石墨烯,红色和蓝色为氮化硼,绿色光圈示意超导特性结构)

通常,研究超导和绝缘时需要选择不同的材料。但有一种情况例外,莫特绝缘体是应该分类在常规能带理论之下的导体,当在特别低温测量时是绝缘体(英国的诺贝尔物理学奖获得者莫特,曾在1949年提出绝缘体也能像金属那样导电的猜想,直至2005年该猜想由韩国科研人员通过对不能通电的“莫特绝缘体”材料钒氧化物等施以电压冲击得以证明)。这个作用归结于电子和电子的相互作用,在常规能带理论上没有被考虑。

此前曾有研究报道,在三层石墨烯结构中发现莫特绝缘体特性。而另有研究成果显示,石墨烯形成云纹超晶格结构可实现超导。在这两项研究成果基础上,此次研究人员将三层石墨烯夹在两个氮化硼薄片之间,以此形成一种被称为云纹超晶格的重复循环结构。再利用可达40毫开(或零下452华氏度)的制冷设备将其冷却,然后通过对该装置施加不同强度的垂直高压电场,这种新材料可以实现高温超导与绝缘状态的转换(这里的高温仍然低于冰点几百度)。

 

显微镜下的三层石墨烯/氮化硼器件结构示意图(两个角度下)

(黄色:金纳米触点,棕色:硅/氧化硅基板,绿色:氮化硼薄片,三层石墨烯封装于两个氮化硼薄片之间)

这种新材料对于新型超导材料的研究提供了研究平台,并且证明了制备莫特绝缘体晶体管的可能。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-019-1393-y

编译 YUXI


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