@ 2018.11.20 , 11:00

解锁石墨烯的超导特性

我们离超导石墨烯又近了一步——一旦使这种二维材料呈现出零电阻,我们就能开发出节能工具,改良医学仪器,升级全国电网等等。

关键一步是加热碳化硅(SiC)晶体,直到硅原子全部蒸发;碳化硅本身就是超导材料。遗留下的碳原子相当于两层重叠的石墨烯,在某些条件下不会对电流产生阻力。

今年3月,麻省理工学院(MIT)的研究人员发现,在六角网络扭角为1.1度等特定条件下,双层石墨烯可以具备超导性质。最新工艺的不同之处在于无需小心地调节角度,更方便大规模生产。

解锁石墨烯的超导特性
之前MIT发现的六角网络形态的双层石墨烯

技术上讲,科学家发现了一种平带结构,其中的电子不会遇到电阻,因此无论能量水平如何,它们都可以自由流动。

研究人员之前研究过双层石墨烯,因为它是一种形态良好的半导体。但这次他们发现了以前未被注意过的东西。

“以为早已被研究透了的带状结构中,”德国Helmholtz-Zentrum Berlin(HZB)研究所的Dmitry Marchenko说,“竟然还存在着一处未被发现平坦的区域。”

科学家们确定,是在石墨烯层之间的相互作用以及碳化硅晶格的共同影响下,导致了平带结构的出现。

他们使用了一种被称为角分辨光电子能谱或ARPES的特殊技术,高分辨率观察确定电子的行为。该技术由HZB的BESSY II同步粒子加速器来实现。

实现超导的另一个条件是达到一定的能量水平——被称为费米能级。接受测试的双层石墨烯非常接近这一点,研究人员认为可以通过相对容易地调整来实现。

HZB的团队表示,可以通过掺杂原子或应用栅电压等方式提高能级。

虽然之前已经得到过石墨烯超导体,但这项最新研究使它比以往任何时候都更接近于工业生产和日常使用。过去的某些成功案例是通过在石墨烯中添加其他金属来实现的,但是在这里,只需要单纯的石墨烯。

与过去的超低温超导条件不同,科学家表示,该技术有望实现高温下的超导特性。

石墨烯总是以令人惊奇的方式抓住我们的眼球:单原子厚,比金刚石更坚硬,比钢更强,从太阳能到水净化等各方面的潜力。

在其原始状态下,它就已经是一种优秀的导体,而现在又向着导电体的最终形态迈进——当然,这里主要还是归功于我们人类最先进的科学技术和仪器。

该研究被发表在Science Advances上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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