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多層魔角石墨烯形成穩(wěn)健超導(dǎo)性 可實(shí)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(diǎn)擊量：4346
近日，麻省理工學(xué)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(xiàng)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(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)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(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用驅(qū)動(dòng)。
2018年，麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，如果兩個(gè)石墨烯層以一個(gè)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(qiáng)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(tuán)隊(duì)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?jiān)固且持久的超導(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(dòng)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(xué)的一個(gè)小組得出的計(jì)算結(jié)果在數(shù)學(xué)上證實(shí)，3個(gè)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(xué)上將每個(gè)多層結(jié)構(gòu)與一個(gè)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(qiáng)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(jì)實(shí)用的室溫超導(dǎo)體提供了藍(lán)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(bào))
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