揭開(kāi)扭曲石墨烯超導(dǎo)的魔力

2018 年，在以 1.1 度的精確角度堆疊的兩個(gè)單原子厚石墨烯層(稱(chēng)為“魔角”扭曲雙層石墨烯)中發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)性，這讓科學(xué)界感到非常驚訝。自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，物理學(xué)家一直在問(wèn)，是否可以使用現(xiàn)有理論來(lái)理解神奇石墨烯的超導(dǎo)性，或者是否需要全新的方法——例如那些被編組以了解在高溫下超導(dǎo)的神秘陶瓷化合物的方法。現(xiàn)在，正如《自然》雜志報(bào)道的那樣普林斯頓大學(xué)的研究人員通過(guò)展示神奇石墨烯的超導(dǎo)性與高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)性之間驚人的相似性，解決了這一爭(zhēng)論。神奇的石墨烯可能是開(kāi)啟超導(dǎo)新機(jī)制的關(guān)鍵，包括高溫超導(dǎo)。

普林斯頓大學(xué)1909屆物理學(xué)教授兼復(fù)雜材料中心主任Ali Yazdani領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。多年來(lái)，他和他的團(tuán)隊(duì)研究了許多不同類(lèi)型的超導(dǎo)體，最近將注意力轉(zhuǎn)向了神奇的雙層石墨烯。

“有人認(rèn)為神奇的雙層石墨烯實(shí)際上是一種偽裝在非凡材料中的普通超導(dǎo)體，”亞茲達(dá)尼說(shuō)，“但當(dāng)我們用顯微鏡觀(guān)察它時(shí)，它具有高溫銅酸鹽超導(dǎo)體的許多特征。這是一個(gè)似曾相識(shí)的時(shí)刻。”

超導(dǎo)性是自然界最有趣的現(xiàn)象之一。它是一種電子在沒(méi)有任何阻力的情況下自由流動(dòng)的狀態(tài)。電子是帶負(fù)電荷的亞原子粒子;它們對(duì)我們的生活方式至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈優(yōu)槲覀兊娜粘ｋ娮赢a(chǎn)品提供動(dòng)力。在正常情況下，電子行為不規(guī)律，以最終低效和浪費(fèi)能量的方式相互跳躍和擠壓。

但在超導(dǎo)下，電子突然配對(duì)并開(kāi)始一致流動(dòng)，就像波浪一樣。在這種狀態(tài)下，電子不僅不會(huì)失去能量，而且還表現(xiàn)出許多新的量子特性。這些特性使得許多實(shí)際應(yīng)用成為可能，包括用于 MRI 和粒子加速器的磁鐵，以及用于制造量子計(jì)算機(jī)的量子位。超導(dǎo)性最早是在極低溫度下在鋁和鈮等元素中發(fā)現(xiàn)的。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)它在非常高的壓力下接近室溫，并且在陶瓷化合物中的溫度剛好高于液氮的沸點(diǎn)(77 開(kāi)氏度)。

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