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“魔角”石墨烯超導(dǎo)性成因揭示

發(fā)稿時(shí)間:2023-02-16 13:12:46 來(lái)源: 中國(guó)網(wǎng)

科技日?qǐng)?bào)北京2月15日電?(實(shí)習(xí)記者張佳欣)據(jù)最新發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究,美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)領(lǐng)銜團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的新證據(jù)顯示,當(dāng)石墨烯偏轉(zhuǎn)到某個(gè)精確角度時(shí),可成為超導(dǎo)體,傳輸電能而不損失能量。量子幾何在這種偏轉(zhuǎn)石墨烯成為超導(dǎo)體方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。


(相關(guān)資料圖)

2018年,麻省理工學(xué)院科學(xué)家發(fā)現(xiàn),如果在合適條件下,將一片石墨烯放在另一片石墨烯上,并將兩層石墨烯偏轉(zhuǎn)一個(gè)特定的角度(1.08°),就會(huì)產(chǎn)生神奇的超導(dǎo)效應(yīng)。

在傳統(tǒng)金屬中,高速電子負(fù)責(zé)導(dǎo)電性。但偏轉(zhuǎn)的雙層石墨烯具有一種稱為平帶的電子結(jié)構(gòu),在這種結(jié)構(gòu)中,電子移動(dòng)非常緩慢,如果偏轉(zhuǎn)角度恰好是“魔角”,則速度接近于零。研究人員表示,在傳統(tǒng)的超導(dǎo)理論下,移動(dòng)如此之慢的電子應(yīng)該不能導(dǎo)電。

此次,研究人員非常精確地獲得了一個(gè)非常接近魔角的裝置,電子幾乎被通常的凝聚態(tài)物理標(biāo)準(zhǔn)所阻止。盡管如此,樣品仍然表現(xiàn)出超導(dǎo)性。

在實(shí)驗(yàn)中,研究團(tuán)隊(duì)證明了電子具有緩慢的速度,并給出了比以前更精確的電子運(yùn)動(dòng)測(cè)量結(jié)果。

他們還發(fā)現(xiàn)了首個(gè)線索,可解釋這種魔角石墨烯為何如此特殊。就像所有的量子一樣,量子幾何是復(fù)雜的,不是直觀的。研究的結(jié)果與這樣一個(gè)事實(shí)有關(guān):電子不僅是粒子,而且是波,因此具有波函數(shù)。

研究人員表示,平帶中量子波函數(shù)的幾何形狀,加上電子之間的相互作用,導(dǎo)致了雙層石墨烯中電子的流動(dòng)而沒(méi)有耗散。常規(guī)方程僅能解釋其發(fā)現(xiàn)的一成超導(dǎo)信號(hào)。實(shí)驗(yàn)測(cè)量表明,具有偏轉(zhuǎn)角度的雙層石墨烯成為超導(dǎo)體的九成原因在于量子幾何。這種材料的超導(dǎo)效應(yīng)只有在極低溫度下的實(shí)驗(yàn)中才能發(fā)現(xiàn)。

研究團(tuán)隊(duì)最終目標(biāo)是能夠理解導(dǎo)致高溫超導(dǎo)的因素,這將在電力傳輸和通信等現(xiàn)實(shí)世界具有潛在應(yīng)用。

來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)

作者:張佳欣

責(zé)任編輯:馮崢

標(biāo)簽: 研究人員 科技日?qǐng)?bào) 這種材料

責(zé)任編輯:mb01

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