提高石墨烯双层的超导性

科技讯

2023

03/03

17:30

phys.org

　　将近十年前，研究人员宣布发现了一种具有特殊光学和电学特性的超薄新材料，这使其成为石墨烯的潜在竞争对手，石墨烯是 2004 年发现的一种碳，其自身的特殊性质引起了科学家和工程师的兴趣。

　　现在，加州理工学院的工程师们已经证明，其中一种神奇材料二硒化钨不仅是石墨烯的竞争对手，而且还是石墨烯的补充。通过在石墨烯中添加二硒化钨，他们成功地提高了石墨烯的电学性能，丰富了我们对超导性的理解，并为设计更坚固、高度可调的石墨烯基超导体铺平了道路。

　　要了解研究人员取得的成就，首先了解石墨烯是什么以及为什么它的特性使其有用会很有帮助。

　　石墨烯是一种碳，由单层原子组成，排列成蜂窝状格子图案，看起来像铁丝网。当这些薄片中的两个或更多个堆叠在一起时，根据这些薄片相对于彼此的对齐方式，所得材料可以表现出截然不同的电子特性。

　　例如，当第二片石墨烯相对于其放置在其上的片材“扭曲”仅 1.05 度(一个称为“魔角”的值)时，所产生的堆叠可以是超导体绝对没有任何电阻的电流或完全阻断电流通过的绝缘体。在这些截然不同的状态之间切换所需的只是施加外部电场。

　　令人惊讶的是，2022 年进行的研究表明，即使是未扭曲的石墨烯双层也能表现出超导性。未扭曲的石墨烯双层比扭曲的石墨烯更容易大量制造，但这些未扭曲的双层中的超导状态更微妙，更难调整，并且仅在比扭曲结构低约一百倍的温度下发生(例如温度通常只能通过使用液氦来实现)。加州理工学院的新研究展示了一种用二硒化钨显着改善这种脆弱的超导性的方法。

　　在 1 月 11 日发表在《自然》杂志上的新作品中，应用物理学和材料科学助理教授 Stevan Nadj-Perge 及其同事发现，当二硒化钨置于石墨烯双层顶部时，未扭曲的石墨烯的超导性大大提高。值得注意的是，超导临界温度——即材料可以超导的最高温度——提高了 10 倍。通过靠近石墨烯，二硒化钨赋予了“魔角”扭曲的好处更多可大规模生产的未扭曲石墨烯。这一发现提供了对超导性质的新见解，并提出了增强其他相关石墨烯基材料超导性的策略。

　　“这些石墨烯双层设备非常可调，”新作品的通讯作者 Nadj-Perge 说。“例如，通过施加电场，我们可以在双层中添加或移除电子，并将它们推向和远离二硒化钨。这使我们能够仔细研究系统中超导性的增强。”

　　“高水平的可调性为未来的应用开辟了可能性，”Nadj-Perge 继续说道。“与扭曲的石墨烯超导体相比，未扭曲的石墨烯超导体的主要优势之一是它们在无序和缺陷方面更干净，并且在技术上更容易制造。这意味着这些结构可能更适合需要的应用制作相同设备架构的许多相同副本。”

THE END

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