單用石墨烯就能超導，劍橋大學的新發現潛力無限

關鍵詞：石墨烯；超導；溫度；提升；

撰文 |FIONA MACDONALD

翻譯 | 龔聰

你可能聽過很多石墨烯跟超導之間故事了，比如說去年二月份來自日本東北大學（TohokuUniversity）和東京大學（Universityof Tokyo）的一支研究團隊通過向兩層石墨烯之間植入鈣原子在零下269攝氏度下實現石墨烯超導。

這裡存在兩個問題，第一個是加入的金屬改變了石墨烯原有的性質，讓研究人員失去了直接研究石墨烯的機會；第二個問題是溫度，這種實驗室才能實現的溫度顯然沒辦法商用。

而今天，來自英國劍橋大學的研究人員首次觀察到石墨烯自身的超導現象，這無疑為進一步了解石墨烯超導現象的本質，以及實現更高溫度下的超導現象帶來了巨大希望。

研究人員將石墨烯跟一種名叫鐠鈰銅氧（PCCO）的超導材料結合起來。這裡你可能會說這跟石墨烯金屬三明治有什麼區別？二者的區別之處正在於，研究人員對PCCO這種銅酸鹽物質的電學性能非常熟悉，這就使得他們能夠將PCCO的超導類型跟石墨烯本身的超導類型區分開來，前提是石墨烯本身確實發生了超導現象。

在公布令研究人員震驚的發現之前，有必要先簡單了解一下超導現象。

超導現象是指某些材料在低於某一溫度時，內部電阻變為零的現象。此時材料具有遠遠超過普通導電材料的導電性，在電子設備、遠距離輸電方面有著巨大的應用前景。

在材料發生超導現象時，電子會以不同的配對方式形成超導電子對（也叫Cooper對）。這些電子對的自旋排列，或對稱性，決定了材料的超導類型。這裡用到的銅酸鹽PCCO的超導類型是d波配對態，因為配對的電子擁有不平行的自旋狀態。

研究人員在石墨烯和PCCO的組合材料中觀察到石墨烯自身產生了一種非常不同於PCCO的超導類型。這種尚未驗證的超導類型被稱作p波配對態超導。

「這是至關重要的發現，因為我們看到了超導是在石墨烯內部發生的，PCCO的作用只是幫助石墨烯實現自身的超導性能。」

值得一提的是，p波配對超導現象早在1994年就由日本的研究人員在某種鍶酸鹽晶體中發現存在的證據。但由於這種鍶酸鹽晶體過於巨大，而p波配對態需要高純度的單層晶體以減少電子散射的影響，加上超低的超導轉變溫度，研究人員一直無法獲得證實p波配對超導存在的確切證據。

如果p波配對超導被證實的確能夠在石墨烯中發生，對它的研究會變得更加輕鬆。而石墨烯本身在會在基礎研究和應用研究領域成為新型p波配對超導材料和設備的寵兒。

想必世界各地的實驗室都會加入這一場驗證競賽，並積極開發石墨烯自身超導性這一塊處女地。