石墨烯被誉为一种神奇的材料。它不仅是目前最坚固和最薄的材料,还具有独特的导热和导电性能。其应用范围包括纳米设备和清洁能源等。《科学》杂志1月24日发文称,美国哥伦比亚大学(Columbia University)领导的研究小组发现了一种控制石墨烯导电性的新方法,他们通过精确调整石墨烯的蜂窝状碳原子层间隔,诱导出了超导性。该研究为这种二维材料的物理学研究提供了新的见解。哥伦比亚大学物理学助理教授、项目研究首席Cory Dean说:“我们的研究为利用压力诱导旋转双层石墨烯的超导性提供了新方法。该研究也首次为麻省理工学院去年的研究成果提供了关键性确认,即双层石墨烯在扭曲至一定角度时可以表现出超导性。”
虽然麻省理工学院的研究人员发现了1.1度这个扭曲“魔角”,但事实证明要达到这个角度却并不容易。Dean说:“扭曲角度达到‘魔角’非常具有挑战性。极小的误差就可能会导致完全不同的结果。”为此,Dean等与国家材料科学研究所(National Institute for Materials Science)和加州大学圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)的研究人员展开了合作,开始尝试其他实现旋转双层石墨烯超导的方法。哥伦比亚大学物理系博士后研究员、论文第一作者Matthew Yankowitz说:“我们没有在角度的精确控制上下更多功夫,而是尝试去改变双层石墨烯的层间间隔——从原则上讲,任何扭曲角度都可以因此成为‘魔角’。”
他们对一个扭曲角度为1.3度的样品进行了研究。虽然这个角度仅略大于“魔角”,但已经足以阻碍超导现象出现了。Dean说:“令人侧目的是,通过施加约10000个大气压,我们观察到了绝缘和超导相的出现。此外,石墨烯超导性出现的温度也是迄今为止的最高温度,比绝对零度约高3摄氏度。”为了达到超高压条件,Dean等与佛罗里达州的Maglab展开了密切合作。
研究人员认为,在更高的压力下,或可进一步提高超导出现的临界温度,进而开发出能在室温条件下工作的超导体。尽管这可能对石墨烯来讲比较困难,但它可以作为指引其他材料研发的路线图。加州大学圣巴巴拉分校的物理学助理教授、项目合作者Andrea Young认为,这项研究的结果表明,对石墨烯进行挤压与扭曲操作具有同样的效果,这为操纵石墨烯的电子特性提供了另一种思路。Young说:“我们的研究成果极大地降低了石墨烯系统的超导难度。”
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目前,Dean和Young等正在尝试扭曲和挤压各种原子级材料,希望也能在其他二维系统中发现超导现象。
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江河 