《Science》重磅！扭曲挤压可诱导石墨烯超导！

近日消息，哥伦比亚大学领导的一个研究小组开发了一种新方法，可以精细地调整相邻石墨烯带花边的蜂窝状碳原子层，从而诱导超导。该研究为这种二维材料有趣特性背后的物理学提供了新见解。该研究小组的论文发表在2019年1月24日的《科学》期刊上。

石墨烯被誉为一种神奇的材料，石墨烯不仅是迄今为止发现的最坚固、最薄的材料，而且其独特的导热和导电能力，为电子、能源和医药等领域的创新铺平了道路。现在，哥伦比亚大学领导的一个研究小组开发了一种新方法，可以精细地调整相邻石墨烯带花边的蜂窝状碳原子层，从而诱导超导。该研究为这种二维材料有趣特性背后的物理学提供了新见解。该研究小组的论文发表在2019年1月24日的《科学》期刊上。

哥伦比亚大学(Columbia)物理学助理教授、该研究的首席研究员科里迪恩(Cory Dean)说：我们的研究工作展示了诱导双绞线石墨烯超导的新方法，尤其是通过施加压力实现的方法，这也为麻省理工学院去年的研究成果提供了关键的首次确认（双分子层石墨烯在弯曲成一定角度时可以表现出电子特性）并进一步加深了我们对该系统的理解，这对这个新领域的研究极为重要。

2018年3月麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的研究人员报告了一项突破性发现：当两层石墨烯之间的扭曲角为1.1度时，两层石墨烯可以在没有阻力的情况下导电，这被称为“魔角”。但事实证明，要达到这个神奇的角度并不容易！

对扭曲的双层石墨烯施加压力，将其推到一起，将材料从金属转变为超导体。图片：Ella Maru Studio

石墨烯层必须被扭曲到1.1左右，这在实验上具有挑战性。研究人员发现非常小的排列误差可能会带来完全不同的结果。因此包括来自国家材料科学研究所和加州大学圣巴巴拉分校的科学家们，开始测试是否可以在更大旋转中达到魔术般的角度条件。哥伦比亚大学物理系博士后研究员、该研究的第一作者马修扬科维茨(Matthew Yankowitz)说：我们没有试图精确地控制角度，而是询问是否可以改变两层之间的间隔，这样一来，理论上任何扭曲的角度都可以变成一个神奇的角度。他们研究了一个扭曲角度为1.3度的样品——仅略大于魔角，但仍远到足以阻止超导。施加压力使材料从金属变成绝缘体(电流不能流动)或超导体(电流可以无电阻通过)，这取决于材料中电子的数量。

引人注目的是，通过施加超过10,000个大气压，研究人员观察到绝缘和超导相的出现，此外石墨烯的超导性是在迄今为止观察到的最高温度下形成，略高于绝对零度3度。为了达到诱导超导所需的高压，该团队与位于佛罗里达州塔拉哈西的国家高磁场用户设备Maglab密切合作。这是一个巨大的技术挑战，在制造了使用过最独特的设备之一之后，必须结合低温、高磁场和高压——所有这些都在测量电响应。把所有这些放在一起是一项艰巨的任务，而改研究团队能够让它成功，真的要归功于Maglab出色的专业知识。研究人员认为，在更高的压力下，可能进一步提高超导的临界温度，最终目标是有一天开发出一种可以在室温条件下工作的超导体。

尽管这在石墨烯中可能具有挑战性，但它可以作为在其他材料中实现这一目标的路线图。这项研究的合作者之已，加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)的物理学助理教授安德里亚·杨(Andrea Young)说：这项研究清楚地表明，挤压这些层与扭曲它们具有同样的效果，并为操纵石墨烯的电子特性提供了另一种范式。研究结果极大地放松了研究这一系统的难度，并为我们提供了控制这一系统的新方法。Dean和Young现在正在扭曲和挤压各种原子薄的材料，希望能在其他二维系统中发现超导现象。了解这些现象发生的‘原因’是一项艰巨挑战，但对最终利用这种材料的力量至关重要——研究正开始揭开谜团！

更多信息：

"Tuning superconductivity in twisted bilayer graphene" Science (2019).

science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.aav1910