石墨烯扭轉「角度」可變超導體 新發現將打開非常規超導體研究大門

2021-02-25 中科院高能所

科技日報北京3月21日電 （記者張夢然）英國《自然》雜誌日前連發兩篇物理學重磅論文，報告了麻省理工學院（MIT）科學家對非常規超導材料的行為的新見解，這一發現轟動業界，被稱為石墨烯超導的重大進展。此類材料已讓物理學家困惑達幾十年之久，而最新發現或有助於開發高溫超導材料，用來製作強大的磁體或開發低功耗電子技術。

根據1957年的超導電性理論，某些材料能夠以零電阻導電。然而，許多材料表現出所謂的非常規超導電性，無法用該理論解釋。

此次，美國麻省理工學院科學家帕博羅·加力羅-埃雷拉及其同事發現，當兩層石墨烯以一個「神奇角度」纏扭在一起時，它們表現出非常規超導電性。也就是說，研究團隊在兩層石墨烯中發現了新的電子態，其可以簡單實現絕緣體到超導體的轉變，而其屬性與銅氧化物（其結構往往難以調整）的高溫超導類似。

這種「神奇角度」的石墨烯除了會形成超導態——來源於電子之間的強吸引作用而產生零電阻，還會形成另一種電子態。在第二篇論文中，該團隊展示了纏扭的雙層石墨烯系統會出現一種新的絕緣態——莫特絕緣體態（Mott Insulator），這種狀態似乎由強大的電子間相互作用推動產生。

兩篇論文所報告的系統，可以通過改變扭轉角度和電場來輕易調整。這意味著，該成果將提供一個全新的二維平臺，以供科學家們理解曾長期困擾物理學界的高溫超導電性的起源問題，並將打開一扇研究非常規超導體的大門，同時也為全新電學性能的開拓和工程化鋪平道路。

來源：《科技日報》

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    實際應用的進展緩慢，因為使石墨烯引人入勝的部分（即強度）也使材料難以切割成精確的形狀。去年，當麻省理工學院的物理學家發現將兩片材料以很小的角度扭曲並堆疊在一起時，石墨烯重新出現在物理學研究領域。它開創了一個新領域：旋翼機。一個周三在Nature雜誌上發表的論文需要在這種材料被稱為最詳細看看魔角扭曲的雙層石墨烯。
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    曹原發現的石墨烯，是常溫超導嗎？那麼曹原發現的石墨烯超導是在什麼條件下實現的呢？截圖論文中做了大致描述：.....「對二維超晶格中的弱電子-聲子相互作用這種非常規超導電性能進行了深入研究，以小角度扭曲下的石墨烯，發現大約在1.1°時發現了一個「魔法角」，在這個狀態下，1.7K時觀測到了零電阻狀態，這載流性能和銅氧化物的相圖類似，甚至包括與超導性能對應的圓頂區域！」
  • 石墨烯超晶格:既成為絕緣體,也可成為超導體!
    它不僅是世界上迄今為止發現的最薄的材料，而且重量也非常輕。此外，它的柔性也相當高，強度超過鋼鐵百倍，導電性能勝過銅。石墨烯享有「黑金」、「新材料之王」等美譽，甚至有科學家預測石墨烯極可能掀起一場席捲全球的顛覆性的新技術新產業革命。目前，石墨烯的已經廣泛應用於許多科技領域，例如：柔性電子、高效電晶體、傳感器、新材料、電池、超級電容、半導體製造、新能源、通信、太赫茲技術、醫療等。
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    就在 3 月 5 日，《Nature》連刊兩文報導了來自麻省理工學院和哈佛大學的重要研究：只要將兩層石墨烯旋轉到特定的「魔法角度」疊加時，它們就可以在零阻力的情況下傳導電子。該發現很可能是數十年來尋找室溫超導體十分重要的一步。 　　除了刊發相關的論文以外，《Nature》還發表了一篇評論此次重大突破的文章。
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