「魔角」石墨烯獲評《物理世界》2018十大突破之首

2021-01-09 新華社

新華社北京12月28日電（記者張瑩）英國物理學會主辦的《物理世界》雜誌近日公布由其評出的2018年十大突破，美國麻省理工學院主導的團隊用「魔角」石墨烯實現超導位居榜首，被認為在量子計算等領域有巨大應用潛力。

《物理世界》雜誌發布的公報說，麻省理工學院等機構研究人員通過不斷調試兩層石墨烯的旋轉角發現，在特定角度（約1.1度），這一體系會表現出「莫特絕緣體」特性，而如果利用電場在石墨烯上吸附電子，這一體系則能表現出超導特性。公報認為，這種「魔角」石墨烯體系的發現，開創了「轉角電子學」這一全新領域。

這個團隊由麻省理工學院教授巴勃羅·哈裡略-埃雷羅領導，相關論文今年3月發表在英國《自然》雜誌上。論文第一作者是在麻省理工學院攻讀博士的22歲中國青年曹原，他還入選了《自然》雜誌評出的2018年度科學人物。

中國科學院大學卡弗裡理論科學研究所所長張富春對新華社記者說，這項研究的突破在於，利用成一定旋轉角的兩層石墨烯觀察到與銅氧化物超導類似的現象。「人們以前沒想到可以這樣旋轉，這提供了一種新的材料調控方式。」

物理學家認為，石墨烯的非常規超導有巨大應用潛力，包括用於製造邊界存在「馬約拉納費米子」的拓撲超導態等，這種態對環境的擾動表現出更強的穩定性，非常適於製造量子計算機的量子比特。

今年其他9項突破包括：用多功能碳纖維實現「無質量」能量存儲，補償器推動先進放射性治療方法的普及，聯合國政府間氣候變化專門委員會關於1.5攝氏度氣候變化的特別報告，全景動態掃描PET/CT「探索者」首次實現全身掃描，無燃料、無螺旋槳飛機起飛，實驗驗證量子力學打破因果序，通過激活視網膜幹細胞讓小鼠恢復視力，遠古氫為暗物質提供線索，發現準晶體超導性等。

《物理世界》年度十大突破由該雜誌編輯從當年科學進展中遴選，被認為對科學發展尤其是物理學發展有重要提示意義。（完）

相關焦點

  • 當魔角石墨烯遇到量子力學,高溫超導!
    石墨烯是單層碳原子，具有許多特殊的導電性能和機械性能。兩年前，中科大少年班天才少年曹原等人展示了如何將兩張彼此疊置並以直角扭曲的薄片變成超導材料，從而使材料失去其電阻率，當時《Nature》雜誌來不及排版就連發兩篇關於轉角石墨烯的重大成果，並配以評述（石墨烯超導重大發現！中科大少年班校友Nature連發兩文）。
  • 「魔角」石墨烯織造「高溫」超導
    他們將兩層石墨烯堆以1°左右的「魔角」差異疊在一起，並通過門電壓調控載流子濃度，成功實現了能帶半滿填充狀態下的絕緣體，繼而實現1.7 K的超導電性(圖1)。該實驗完美再現了銅氧化物高溫超導中的物理現象——準二維材料體系中載流子濃度調控下的莫特絕緣體，也是第一次在純碳基二維材料中實現超導電性，對高溫超導機理研究乃至量子自旋液體的探索等強關聯電子材料中前沿問題有著重要的啟示[3]。
  • 沃爾夫獎下的魔角雙層石墨烯、基因編輯和幾何拓撲學
    Jarillo-Herrero團隊的研究成果於2018年發表在《自然》雜誌上，這項成果在物理學領域產生了革命性的影響，並引發了大量的相關研究。對於這項實驗突破，羅會仟解釋道：「所謂魔角雙層石墨烯，就是把兩個單層石墨烯堆砌起來，並且相對扭轉一個角度。這種『神操作』不是一般人能夠做到的，需要克服極大的技術挑戰。
  • 不是後浪是海嘯:麻省理工95後曹原領銜,「魔角石墨烯」再度Nature...
    Nature 連刊兩文報導了團隊的這一 「魔角石墨烯」 發現，第一作者均為當時年僅 21 歲的麻省理工學院博士生曹原。曹原因此開創性工作入選 「2018 年度十大人物」 榜單，成為該領域的風向標人物。圖 | 2018 年的 Nature 雜誌十大人物封面圖致敬 「魔角石墨烯」 研究（來源：Nature）在 2018 年的研究中，Pablo 、曹原團隊將兩層石墨烯在疊加並使其碳原子圖案偏移 1.1° 的角度，最後製備的材料竟然具有超導特性。
  • 不是後浪是海嘯:95後曹原領銜,「魔角石墨烯」再度Nature兩連發
    Nature連刊兩文報導了團隊的這一 「魔角石墨烯」 發現，第一作者均為當時年僅 21 歲的麻省理工學院博士生曹原。曹原因此開創性工作入選 「2018 年度十大人物」 榜單，成為該領域的風向標人物。
  • 2020年沃爾夫獎授予魔角雙層石墨烯、基因編輯等領域
    Jarillo-Herrero團隊的研究成果於2018年發表在《自然》雜誌上，這項成果在物理學領域產生了革命性的影響，並引發了大量的相關研究。對於這項實驗突破，羅會仟解釋道：「所謂魔角雙層石墨烯，就是把兩個單層石墨烯堆砌起來，並且相對扭轉一個角度。這種『神操作』不是一般人能夠做到的，需要克服極大的技術挑戰。
  • 深圳走出的「石墨烯天才」曹原一天兩登《自然》雜誌
    他與其博士生導師巴勃羅·賈裡洛·埃雷羅連發兩篇《自然》文章介紹魔角石墨烯研究的新突破這是繼2018年後曹原第二次實現《自然》「背靠背」發文世界頂級期刊簡言之，曹原在自己「一戰成名」的石墨烯「魔角」領域中，取得了新的突破。曹原《自然》最新發文其一曹原《自然》最新發文其二事實上，這已經不是曹原第一次「徵服」《自然》了。令他名聲大噪的是2018年3月6日，《自然》連刊兩文報導石墨烯超導重大發現，第一作者就是曹原。
  • 魔角石墨烯先驅曹原非常規超導體發現後
    魔角石墨烯先驅曹原非常規超導體發現後，這重磅消息瞬間引爆全球。印證了《林子大了什麼鳥都有》這句話。當他將兩層石墨烯，旋轉到特定的「魔法角度」（1.1°）疊加時，它們可以在零阻力的情況下傳導電子，成為超導體！他頓時欣喜若狂，他深知，這絕對是一個改變世界的研究成果。但他仍小心謹慎，又是半年多的的反覆實驗後，震驚世界的石墨烯傳導試驗終於成功了！　　2018年3月5日，他將論文整理後，投給了世界頂級科刊《自然》。
  • 95後天才少年曹原再發2篇Nature,曾發現石墨烯魔角震驚世界!
    2018年《Nature》贈與他石墨烯駕馭者稱號，一些報導還稱其為「中國潛在最年輕的諾貝爾獎獲得者」。圖源：網絡據消息稱，第一篇Nature論文中，研究人員致力於通過對扭轉角的控制，將魔角特性推廣到其他二維研究體系，以調諧和控制電子-電子相互作用的強度，實現相似的物理行為。
  • 22歲在讀博士生發現石墨烯「魔角」,榮登Nature全球十大科學人物榜首
    北京時間12月19日零時，頂尖學術期刊、英國《自然》雜誌（Nature）發布了2018年度影響世界的十大科學人物。22歲的天才少年、麻省理工學院在讀博士生曹原名列榜單首位。2018年3月5日，《自然》連續刊發兩篇以曹原為第一作者的石墨烯重磅論文，這是在《自然》上以第一作者身份發表論文的最年輕中國學者。
  • 轟動一時的魔角之謎,被解開了?
    2018年，一項另眾多物理學家驚嘆的研究也與莫列波紋有關。在一篇於3月發表在《物理評論快報》的論文中，哈佛大學的凝聚態理論學家Grigory Tarnopolsky、Alex Kruchkov和Ashvin Vishwanath描述了「魔角」背後的可能原因，並提出了一些有可能帶來驚喜的其他角度。
  • 美國開發新型「魔角石墨烯」有望用於軍用夜視領域
    近年來關於石墨烯的研究已由單層的二維結構拓展到雙層結構，即雙層石墨烯。通過將雙層重疊石墨烯進行微量的角度偏移可得到「魔角石墨烯」，該結構可實現與單層石墨烯顯著不同的電學性能。2018年，麻省理工學院證明了將兩層石墨烯層扭曲1.1度可產生二維超導體，該超導體是一種無電阻且無能量損失的導電材料。2019年，俄亥俄州立大學研究表明當偏移0.93度時，「魔角石墨烯」可同時顯示超導狀態與絕緣狀態。
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  • 《自然》同期兩論文解密魔角石墨烯,95後曹原再做貢獻
    6月11日，世界頂尖學術雜誌《自然》第三次同期發表兩篇有關魔角石墨烯的論文。「天才少年」曹原的名字再次出現。雖然這次他沒有出現在第一作者的醒目位置，但這反映出曹原參與開闢的這個新興方向確實吸引不少材料學同行加入，不斷有拓展成果湧現。
  • 上海交大物理與天文學院科研團隊成果獲評「2018中國光學十大進展」
    2019年3月19日，中國雷射雜誌社在上海浦東召開「2018中國光學十大進展」發布會，上海交通大學、復旦大學、中科院技物所、清華大學、華中科技大學等機構的成果獲此殊榮（基礎研究類與應用研究類各10項）。上海交通大學物理與天文學院金賢敏團隊和盛政明、陳燕萍團隊分獲基礎研究類和應用研究類「2018年中國光學十大進展」。
  • 石墨烯超導性越發誘人!最新發現:石墨烯中「魔角」範圍比預期大
    在材料科學和量子物理中稱為「魔角」扭曲雙層石墨烯(TBLG)中的莫爾條紋和平帶相關行為引起了科學家們的極大興趣，儘管許多性質面臨激烈的爭論。在《科學進展》上期刊發表的一項新研究中，埃米利奧·科萊多和在美國、日本物理學、材料科學系的科學家觀察到了扭曲雙層石墨烯中的超導性和類莫特(Mott)絕緣體狀態，扭轉角約為0.93度。
  • 還記得石墨烯「魔角」嗎?最新譜學實驗來了
    在過去幾年中，科學家們已經開始通過旋轉單原子厚度的材料（如碳原子構成的二維蜂窩狀晶格，也就是石墨烯）在原子尺度上實現和設計莫爾條紋。在2018年的兩篇工作中，研究人員發現當兩片石墨烯之間的轉角達到約1°時，整個系統的物理性質會發生急劇的變化【1,2】，變得類似於高溫超導體。
  • 即是絕緣體,又是超導體,中國天才少年與石墨烯上神秘的魔角
    但發展到這個地步，用於製作電晶體的矽材料，已經遭遇了「物理極限」——如果電晶體再小下去，很可能就會出現「量子效應」——也就是說，晶片會變得不穩定、不可靠。可是人們對於算力的渴望又是無窮無盡的， 所以有不少科學家都在嘗試，不用傳統的矽材料作晶片，嘗試其他的材料。
  • 石墨烯研究獲突破!發現魔角超導開關,離物理學「聖杯」更近一步
    說回石墨烯，隨著一年多前麻省理工學院研究人員實現了石墨烯疊層的"神奇角度"，震驚了整個物理學世界。科學家們證明了雙分子層石墨烯（一種由兩層原子厚度的碳輕微扭曲而成的材料）可以表現出超導和絕緣的交替結構，被稱為"魔角"雙層石墨烯的概念頓時大火起來，相關研究"抄著近路"，接二連三地登上 Science、Nature 等頂級期刊。
  • 魔角石墨烯,又一篇Nature
    發展了一種基於掃描隧道顯微鏡的局域譜學技術，可以在磁場中檢測魔角扭曲雙層石墨烯中的Chern數和拓撲相。2. 打破傳統認知，發現強相關體系中，莫爾平帶體系也可以產生拓撲相，超出了弱相互作用模型的範圍。 大量研究表明，器件的幾何形狀會破壞石墨烯系統的空間對稱性。在魔角扭曲雙層石墨烯中，其與六方氮化硼（hBN）襯底對齊將破壞C2對稱性，科學家發現了具有拓撲特徵的扁平電子帶。魔角扭曲雙層石墨烯中強相關性的存在，產生了弱相互作用理論無法預料的拓撲狀態，為尋找強相關的拓撲相提供了獨特的機會。