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科學家已經發現證據表明雙層石墨烯具有可以讓它們完全無電阻地傳導電流的特性

碳原子具有形成鍵的多種可能性。因此,純碳可以以多種形式存在,如金剛石,石墨,納米管,足球分子或具有六角網格的蜂窩網,石墨烯。這種奇特的,嚴格的二維材料極好地導電,但不是超導體。但也許這可以改變。

科學家已經發現證據表明雙層石墨烯具有可以讓它們完全無電阻地傳導電流的特性

超導的複雜選擇

2018年4月,美國麻省理工學院的一個小組表明,在非常特殊的條件下,有可能在兩層石墨烯系統中産生一種超導形式:為此,兩個六角形網必須相互扭曲。恰好是1.1°的魔角。在這種情況下,在電子結構中形成扁平帶。由具有這種精确調節的撚度的兩層石墨烯制備樣品是複雜的,并且不适合大規模生産。盡管如此,這項研究引起了專家的廣泛關注。

扁平帶的簡單方法

但是還有一種更為簡單的平帶形成方式。HZB的一個小組向Oliver Rader教授和Andrei Varykhalov博士展示了這一點,并在BESSY II上進行了調查。

樣本由TU Chemnitz的Thomas Seyller教授提供。在那裡,它們使用也适用于生産更大面積和大量的工藝生産:碳化矽晶體被加熱直到矽原子從表面蒸發,首先在表面上留下單層石墨烯,然後第二層石墨烯。兩個石墨烯層彼此不會扭曲,而是恰好位于彼此的頂部。

使用ARPES掃描波段結構

在BESSY II,物理學家能夠掃描所謂的樣本帶結構。該帶結構提供關于電荷載體如何在量子力學允許狀态之間分布以及哪些電荷載體可用于傳輸的信息。BESSY II的角度分辨光電子能譜(ARPES)能夠以極高的分辨率進行這種測量。

一個受到審查的有趣地區

通過對帶結構的精确分析,他們确定了以前被忽視的區域。“之前已經研究過雙層石墨烯,因為它是帶隙的半導體,”Varykhalov解釋道。“但是在BESSY II的ARPES儀器上,分辨率足夠高,能夠識别出這個帶隙旁邊的平坦區域。”

“這是一個經過充分研究的系統的監督屬性,”第一作者Dmitry Marchenko博士指出:“以前不知道在如此簡單的知名系統中,帶狀結構中存在平坦區域。”

超導?需要還是有點幫助

這個平坦區域是超導的先決條件,但前提是它恰好位于所謂的費米能量上。在雙層石墨烯的情況下,其能級僅比費米能量低200毫電子伏特,但可以通過摻雜外來原子或通過摻雜來将平坦區域的能級提高到費米能量。施加外部電壓,即所謂的栅極電壓。

物理學家已經發現,兩個石墨烯層之間以及石墨烯和碳化矽晶格之間的相互作用共同負責形成平帶區域。“我們可以用很少的參數來預測這種行為,并且可以使用這種機制來控制波段結構,”Oliver Rader補充道。

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