哥倫比亞大學的物理學家Cory Dean表示,雙層石墨烯的超導現(xiàn)象實現(xiàn)非常困難,這需要兩個石墨烯層的原子晶格相對于彼此扭轉了1.1°的魔角時才能出現(xiàn)。而在三層石墨烯上面則不存在這種問題,三層石墨烯中每層的原子晶格都與上面下面的對齊,不需要再次扭轉,這種結構是在產(chǎn)生多層石墨烯時自然形成的。
在此之前,21歲的麻省理工學院博士生曹原,他發(fā)現(xiàn)了石墨烯的這種魔角,并在《自然》上進行了刊文。當溫度冷卻到絕對零度即-273°C以上1.7°C時,兩層石墨烯如果堆成約1.1°的微妙角度,就會產(chǎn)生超導現(xiàn)象。
技術的研究方式變革了時代的研究成果,曹原發(fā)現(xiàn)了雙層石墨烯的超導現(xiàn)象,顛覆了前人使用氧化銅材料做超導電性研究。而曹原之久就通過簡單的雙層石墨烯碳材料,提供了一個復雜超導物理的研究平臺。而現(xiàn)在,石墨烯超導的技術研究將要再次被革命。
另外,三層石墨烯還具備獨的光學特征,斯坦福大學和加州大學的物理學家采用了現(xiàn)有的標準方法來對石墨烯薄片進行分離。他們通過傳統(tǒng)的撕膠帶的方法,再加上之前Feng Wang團隊開創(chuàng)的新技術,他們發(fā)現(xiàn)了三層石墨烯中獨特的光學特征。
另外,該團隊還用這些三層薄片作為制造電氣設備的材料,它們將三層薄片夾在氮化硼層之間,使石墨烯與污染物隔離并防止其發(fā)生彎曲。從而使得氮化硼層中的原子與石墨烯層中的碳原子精確對齊,但是在幾納米之外它們是偏移的。在大約10納米之后,層中的原子再次對齊,產(chǎn)生“莫爾”重復圖案,其在扭曲的雙層石墨烯中也是明顯的。每個重復的莫爾晶胞除了材料本身的電子外,還可以容納多達四個額外的電子,從而改變材料的導電性。
值得一提的是,研究人員將晶胞降溫低于2K時,電阻開始急劇下降,這是超導性的一個特性,另外當他們對其施加磁場時,接近零的電阻直接消失了,這也是超導的另一個跡象。研究人員稱,現(xiàn)在還存在兩個問題,一方面電阻沒有完全歸零,可能是石墨烯薄片中的雜質存在,另一方面,這些特性可能會限制它無法實現(xiàn)大面積超導。
毫無疑問,利用石墨烯作為超導材料的潛力是無限的,不過現(xiàn)在的試驗還存在一定的偏差,后面也將會提升測試精度,進一步完善石墨烯的超導試驗。
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