厲害了！發現通過扭曲和擠壓，可增加石墨烯的超導能率！

哥倫比亞大學領導的一個研究小組發現了一種新方法來控制這種改變遊戲規則材料的導電性。石墨烯被譽為一種神奇的材料，石墨烯不僅是迄今為止發現的最堅固、最薄的材料，而且其獨特的導熱和導電能力，為電子、能源和醫藥等領域的創新鋪平了道路。現在，哥倫比亞大學領導的一個研究小組開發了一種新方法，可以精細地調整相鄰石墨烯帶花邊的蜂窩狀碳原子層，從而誘導超導。其研究為這種二維材料有趣特性背後的物理學提供了新見解。該研究小組的論文發表在2019年1月24日的《科學》期刊上。

博科園-科學科普：哥倫比亞大學(Columbia)物理學助理教授、該研究的首席研究員科里迪恩(Cory Dean)說：我們的研究工作展示了誘導雙絞線石墨烯超導的新方法，尤其是通過施加壓力實現的方法，這也為麻省理工學院去年的研究成果提供了關鍵的首次確認（雙分子層石墨烯在彎曲成一定角度時可以表現出電子特性）並進一步加深了我們對該系統的理解，這對這個新領域的研究極為重要。2018年3月麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)的研究人員報告了一項突破性發現：當兩層石墨烯之間的扭曲角為1.1度時，兩層石墨烯可以在沒有阻力的情況下導電，這被稱為「魔角」。但事實證明，要達到這個神奇的角度並不容易！

對扭曲的雙層石墨烯施加壓力，將其推到一起，將材料從金屬轉變為超導體。圖片：Ella Maru Studio

這些層必須被扭曲到1.1左右，這在實驗上具有挑戰性。研究人員發現非常小的排列誤差可能會帶來完全不同的結果。因此包括來自國家材料科學研究所和加州大學聖巴巴拉分校的科學家們，開始測試是否可以在更大旋轉中達到魔術般的角度條件。哥倫比亞大學物理系博士後研究員、該研究的第一作者馬修揚科維茨(Matthew Yankowitz)說：我們沒有試圖精確地控制角度，而是詢問是否可以改變兩層之間的間隔，這樣一來，理論上任何扭曲的角度都可以變成一個神奇的角度。他們研究了一個扭曲角度為1.3度的樣品——僅略大於魔角，但仍遠到足以阻止超導。施加壓力使材料從金屬變成絕緣體(電流不能流動)或超導體(電流可以無電阻通過)，這取決於材料中電子的數量。

引人注目的是，通過施加超過10,000個大氣壓，研究人員觀察到絕緣和超導相的出現，此外石墨烯的超導性是在迄今為止觀察到的最高溫度下形成，略高於絕對零度3度。為了達到誘導超導所需的高壓，該團隊與位於佛羅里達州塔拉哈西的國家高磁場用戶設備Maglab密切合作。這是一個巨大的技術挑戰，在製造了使用過最獨特的設備之一之後，必須結合低溫、高磁場和高壓——所有這些都在測量電響應。把所有這些放在一起是一項艱巨的任務，而改研究團隊能夠讓它成功，真的要歸功於Maglab出色的專業知識。研究人員認為，在更高的壓力下，可能進一步提高超導的臨界溫度，最終目標是有一天開發出一種可以在室溫條件下工作的超導體。

儘管這在石墨烯中可能具有挑戰性，但它可以作為在其他材料中實現這一目標的路線圖。這項研究的合作者之已，加州大學聖巴巴拉分校(UC Santa Barbara)的物理學助理教授安德里亞·楊(Andrea Young)說：這項研究清楚地表明，擠壓這些層與扭曲它們具有同樣的效果，並為操縱石墨烯的電子特性提供了另一種範式。研究結果極大地放鬆了研究這一系統的難度，並為我們提供了控制這一系統的新方法。Dean和Young現在正在扭曲和擠壓各種原子薄的材料，希望能在其他二維繫統中發現超導現象。了解這些現象發生的『原因』是一項艱巨挑戰，但對最終利用這種材料的力量至關重要——研究正開始揭開謎團！

博科園-科學科普｜研究/來自：哥倫比亞大學

參考期刊文獻:《科學》

DOI: 10.1126/science.aav1910

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