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石墨烯超導再獲得突破,三層石墨烯天然魔角,降低超導實現要求

近日,研究人員在三層石墨烯片中發現了超導電性的迹象,借助三層石墨烯,将會更快幫助研究人員了解銅氧化物中的超導性。

哥倫比亞大學的物理學家Cory Dean表示,雙層石墨烯的超導現象實現非常困難,這需要兩個石墨烯層的原子晶格相對于彼此扭轉了1.1°的魔角時才能出現。而在三層石墨烯上面則不存在這種問題,三層石墨烯中每層的原子晶格都與上面下面的對齊,不需要再次扭轉,這種結構是在産生多層石墨烯時自然形成的。

在此之前,21歲的麻省理工學院博士生曹原,他發現了石墨烯的這種魔角,并在《自然》上進行了刊文。當溫度冷卻到絕對零度即-273°C以上1.7°C時,兩層石墨烯如果堆成約1.1°的微妙角度,就會産生超導現象。

技術的研究方式變革了時代的研究成果,曹原發現了雙層石墨烯的超導現象,颠覆了前人使用氧化銅材料做超導電性研究。而曹原之久就通過簡單的雙層石墨烯碳材料,提供了一個複雜超導物理的研究平台。而現在,石墨烯超導的技術研究将要再次被革命。

另外,三層石墨烯還具備獨的光學特征,斯坦福大學和加州大學的物理學家采用了現有的标準方法來對石墨烯薄片進行分離。他們通過傳統的撕膠帶的方法,再加上之前Feng Wang團隊開創的新技術,他們發現了三層石墨烯中獨特的光學特征。

另外,該團隊還用這些三層薄片作為制造電氣設備的材料,它們将三層薄片夾在氮化硼層之間,使石墨烯與污染物隔離并防止其發生彎曲。從而使得氮化硼層中的原子與石墨烯層中的碳原子精确對齊,但是在幾納米之外它們是偏移的。在大約10納米之後,層中的原子再次對齊,産生“莫爾”重複圖案,其在扭曲的雙層石墨烯中也是明顯的。每個重複的莫爾晶胞除了材料本身的電子外,還可以容納多達四個額外的電子,從而改變材料的導電性。

值得一提的是,研究人員将晶胞降溫低于2K時,電阻開始急劇下降,這是超導性的一個特性,另外當他們對其施加磁場時,接近零的電阻直接消失了,這也是超導的另一個迹象。研究人員稱,現在還存在兩個問題,一方面電阻沒有完全歸零,可能是石墨烯薄片中的雜質存在,另一方面,這些特性可能會限制它無法實現大面積超導。

毫無疑問,利用石墨烯作為超導材料的潛力是無限的,不過現在的試驗還存在一定的偏差,後面也将會提升測試精度,進一步完善石墨烯的超導試驗。

本文來自環球科技視界,本文觀點不代表利特納米立場,轉載請聯系原作者。

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