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石墨烯超导材双层石墨烯电性能与相对偏离角关系

时间:2018-09-05 20:35:00 来源:石墨烯粉体 点击:

 石墨烯超导材料

  石墨烯超导材当角度刚好是1.1°时。团队惊奇地发现了双层石墨烯一个意想不到的行为:双层石墨烯材料具有了超导特性。

  也就是说当两层石墨烯以一个“魔角”扭曲在一起时,只做了简单的角度旋转,就能在零电阻下导电。让双层石墨烯实现从绝缘体到超导体的转变,并且在的实验中,石墨烯的微观结构简单,实验各参数比如磁场、温度、电流、角度等等都是可以精确控制的。

  为什么超导发生在1.1°这个神奇的角度?据团队的分析:基于能带结构的紧束缚计算方法,这个神奇的“魔法角”可以根据双层石墨烯能带图相对于角度之变化而计算出来。他们认为,当石墨烯的层与层之间扭转一个角度时,其中的电子轨道将重新杂化而改变杂化能量。杂化能与电子动能互相抗衡和竞争的结果,造就了这个角度的“魔法”现象。也就是说,扭转角θ逐渐增加,杂化能也增加,当费米速度从单层石墨烯中的费米速度0 = 106m/s降到 = 0时,所对应的那个扭转角θ0,被称为“魔法角”。这时候正好对应杂化能与电子动能相等,即2 = 0θ0,进一步求得魔角θ0 =√30 = 1.08°,大约是1.1°。在这样的情况下,相应的能带图变成几乎平坦的绝缘体能带图,即产生类似莫特绝缘体的现象,绝缘和超导可互相转换,仅一步之遥。

  尽管该系统仍然需要被冷却至1.7K,但由于石墨烯结构简单,制作的器件比铜氧化物更适合研究,如果能在石墨烯这样结构简单的材料中实现高温超导,石墨烯超导用途其应用价值和研究价值都非同一般,而且科学家们认为,与铜氧化物相比,石墨烯更有可能实现常温超导。

  可以说团队的这一发现给科学研究带来了新的思路,对于理解高温超导电性具有重要意义,也为高温超导现象提供了研究平台,是近几十年来,石墨烯超导研究领域最令人兴奋的事。可以说解决了困扰世界物理学家的难题,也给已停滞多年的高温超导研究带来一些新的突破。

  为了更好地理解铜氧化物,物理学家已经在黑暗之中已摸索了30年。而最新的发现,或许刚刚为物理学家点亮了一束光。

  的研究成果开创了物理学一个全新的研究领域,在凝聚态物理学界,一下声名鹊起。有望最终实现能源利用率与能源运输效率的提高。

  这项研究成果的含金量究竟有多高呢?他的两篇关于石墨烯超导的研究论文直接在一天之内以连刊的方式登上了《自然》杂志,当然最重要的是两篇论文的第一作者都是他自己,才年仅22岁。一次性就占据了两个席位,这也是《Nature》创建149年以来达到如此成就的最年轻的科学家。

  据说,当编委拿到两篇研究论文时,相关人员等不及排版,先行在其网站上刊出,并配以第三篇文章作为评述。你就可以知道这两篇论文的含金量有多少了。

  大家可能不太了解《自然》杂志的权威性,英国《自然》和美国《科学》杂志是目前国际上最具代表性、知名度和权威性的综合学术期刊,能在这两刊发表论文,是全世界大多数科学家梦寐以求的夙愿。

  而且英国《自然》周刊发布的2018年度影响世界的十大科学人物,位居榜首。虽然每年《自然》十大人物的封面图片都是一个巨大的数字"10",但具体样式和底纹都会融入当年的科技热点进行设计。2018 年的封面图片就结合了的研究。

  数字"10"中的"0"被处理成一个正六边形,正如构成石墨烯的碳环结构。整个数字"10"由2层蜂窝状的小小正六边形填涂而成,分别为红色和蓝色,两层之间有微小的夹角,恰好点出了赋予石墨烯超导能力的"魔角"。

  虽然距离实现常温超导还有很长的一段路要走,但是科学的每一次进步都是由前人一点一滴的积累而来,的这项研究成果,为科学家研究高温超导提供了一个全新的突破口,这就是这项成果的价值所在。

  石墨烯超导从来不认为自己是天才,“毕竟我也是用四年时间读完大学本科,只是曾经跳过了中学里一些无趣的部分。”。他认为自己在石墨烯上,还有很多的事情要做,也让我们期待他可以做出更多的成就。

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