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多層魔角石墨烯形成穩(wěn)健超導(dǎo)性 可實現(xiàn)零損耗下輸送電力
2022年07月13日 17:16:48 來源:化工儀器網(wǎng) 作者:羊舌木 點擊量:4355

近日,麻省理工學院的研究人員再次發(fā)現(xiàn)一種以精確的新魔角堆疊而成的3層偏轉(zhuǎn)石墨烯結(jié)構(gòu)中也存在類似的超導(dǎo)狀態(tài)。

  【化工儀器網(wǎng) 項目成果】石墨烯這種以sp²雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料,有著優(yōu)良的光學、電學、力學特性,在材料學、微納加工、能源、生物醫(yī)學和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景,被認為是一種未來革命性的材料。近年來,隨著石墨烯制備技術(shù)成熟化和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用多元化,石墨烯與各領(lǐng)域的融合持續(xù)深化,逐漸由技術(shù)驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用驅(qū)動。
 
  2018年,麻省理工學院的研究人員發(fā)現(xiàn),如果兩個石墨烯層以一個特定的“神奇”角度堆疊,這種偏轉(zhuǎn)的雙層結(jié)構(gòu)可能會顯示出強大的超導(dǎo)電性。在這種狀態(tài)下,電流可以零阻力流過。近日,該團隊再次發(fā)現(xiàn)一種以精確的新魔角堆疊而成的3層偏轉(zhuǎn)石墨烯結(jié)構(gòu)中也存在類似的超導(dǎo)狀態(tài)。
 
  魔角石墨烯是由兩片石墨烯片疊放而成,兩層之間以1.1°的精確角度略微偏轉(zhuǎn)。這種被稱為“莫爾超晶格”的偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)在超低溫下將材料轉(zhuǎn)變?yōu)閳怨糖页志玫某瑢?dǎo)體。研究人員發(fā)現(xiàn),這種材料表現(xiàn)出一種被稱為“平帶”的電子結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)中材料的電子具有相同的能量,而不管它們的動量如何。在這種平帶狀態(tài)下,并且在超低溫下,電子集體減慢到足以配對成所謂的庫珀對——超導(dǎo)性的基本成分,可在沒有阻力的情況下流過材料。
 
  哈佛大學的一個小組得出的計算結(jié)果在數(shù)學上證實,3個石墨烯層以1.6°偏轉(zhuǎn),也會表現(xiàn)出平帶,由此表明它們可能是超導(dǎo)體。該研究表明,如果以預(yù)測的角度堆疊和偏轉(zhuǎn),那么表現(xiàn)出超導(dǎo)性的石墨烯層的數(shù)量應(yīng)該沒有限制。研究人員最終證明了他們可在數(shù)學上將每個多層結(jié)構(gòu)與一個常見的平帶結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來,從而有力地證明了平帶可能會導(dǎo)致強大的超導(dǎo)性。
 
  這一新發(fā)現(xiàn)表明,這一家族的石墨烯中的平帶在超導(dǎo)性中起著核心作用,為設(shè)計實用的室溫超導(dǎo)體提供了藍圖。如果該家族的這種特性可復(fù)制到其他天然導(dǎo)電材料上,它們就可被利用起來,例如,在零損耗的情況下輸送電力,或者建造磁懸浮列車。
 
  (資料來源:科技日報)
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