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一组研究人员开发了一组全新的旋钮来控制相关的电子,并证明了在不具有魔角扭曲双层石墨烯绝缘相的情况下可以存在超导电性,中国化工网,okmart.com
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一组研究人员开发了一组全新的旋钮来控制相关的电子,并证明了在不具有魔角扭曲双层石墨烯绝缘相的情况下可以存在超导电性
2020年10月26日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

如果您将两层石墨烯堆叠在另一层之上,然后将它们彼此旋转1.1角度(不多于不少),即所谓的魔角,则实验证明该材料可以其行为就像绝缘子,没有电流可以流过,同时也可以表现得像超导体,没有电流,电流可以流过。


这项重大发现发生在2018年。去年,即2019年,当ICFO研究人员改善用于复制这种突破的设备的质量时,他们偶然发现了更大甚至完全出乎意料的东西中国化工网okmart.com。他们能够观察到一个以前从未观察到的超导态和相关态的动物园,以及一套全新的磁态和拓扑态,从而开辟了一个更加丰富的物理学的全新领域。


到目前为止,还没有理论能够在微观层面解释魔角石墨烯的超导性。但是,这一发现引发了许多研究,这些研究试图理解和揭示这种材料中所有这些现象背后的物理原理。特别是,科学家将非常规高温超导体作了类比-铜酸盐,其具有创纪录的最高超导温度,仅比室温低2倍。


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发现超导相的30年后,他们的微观机制仍不清楚。然而,类似于魔角扭曲双层石墨烯(MATBG),据信绝缘相是其附近的超导相的原因。


为了实现这一目标,在最近由《自然》杂志发表的一项研究中,由ICFO教授Dmitri Efetov领导的ICFO研究人员Petr Stepanov,Ipsita Das,Lu Xiaobo,Frank HL Koppens与来自美国国立麻省理工学院的跨学科科学家小组合作日本的科学界和伦敦帝国理工学院已深入研究了该系统的物理行为,并报告了具有几种接近魔术角扭转的魔术角扭转双层石墨烯(MATBG)设备的详细测试和筛选控制角度,以找到上述状态的可能解释。


在他们的实验中,他们能够同时控制电子的速度和相互作用能,从而将绝缘相转变为超导相。通常,由于电子具有非常小的速度,并且在魔术角处形成绝缘状态,此外,它们通过库仑力彼此强烈排斥。


在这项研究中,Stepanov及其小组使用的器件的扭曲角与1.1°的魔角稍微偏离±0.05°,并将它们放置在非常接近金属屏蔽层的位置,通过隔离六边形氮化硼仅将它们隔开几纳米层。这样可以减小电子之间的排斥力并加快其速度,从而使它们自由移动,从而逃避了绝缘状态。


这样,Stepanov及其同事发现了一些出乎意料的事情。通过改变不同器件配置中的电压(载流子密度),超导相得以保留,而相关的绝缘体相则消失了。


实际上,即使当载流子密度变化时,超导相也跨越更大的密度区域。这些观察结果表明,绝缘和超导相实际上不是彼此具有相同的起源,而是实际上可以相互竞争,这使以前认为的与铜酸盐的简单类比成为可能。但是,科学家很快意识到,超导相可能更有趣,因为它非常靠近拓扑状态,拓扑状态是通过施加磁场重复进行电子相互作用而激活的。


魔术角石墨烯的超导电性


室温超导性是许多技术目标的关键,例如高效的动力传输,无摩擦的火车甚至是量子计算机等。当100多年前发现超导性时,只有在冷却到接近绝对零温度的材料中才具有超导性。然后,在80年代后期,科学家通过使用称为铜酸盐的陶瓷材料发现了高温超导体。


尽管建造超导体很困难,并且需要应用极端条件(非常强的磁场)来研究这种材料,但基于这一进展,该领域还是科学家们的圣杯。自去年以来,围绕该领域的热情增加了。双层碳单层吸引了研究人员,因为与铜酸盐相比



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