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多層魔角石墨烯形成穩(wěn)健超導性 可實現(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 點擊量：4383
近日，麻省理工學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狀態(tài)。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】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、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫(yī)學和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認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)動轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用驅(qū)動。
2018年，麻省理工學院的研究人員發(fā)現(xiàn)，如果兩個石墨烯層以一個特定的“神奇”角度堆疊，這種偏轉(zhuǎn)的雙層結(jié)構(gòu)可能會顯示出強大的超導電性。在這種狀態(tài)下，電流可以零阻力流過。近日，該團隊再次發(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)閳怨糖页志玫某瑢w。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——超導性的基本成分，可在沒有阻力的情況下流過材料。
哈佛大學的一個小組得出的計算結(jié)果在數(shù)學上證實，3個石墨烯層以1.6°偏轉(zhuǎn)，也會表現(xiàn)出平帶，由此表明它們可能是超導體。該研究表明，如果以預測的角度堆疊和偏轉(zhuǎn)，那么表現(xiàn)出超導性的石墨烯層的數(shù)量應(yīng)該沒有限制。研究人員最終證明了他們可在數(shù)學上將每個多層結(jié)構(gòu)與一個常見的平帶結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，從而有力地證明了平帶可能會導致強大的超導性。
這一新發(fā)現(xiàn)表明，這一家族的石墨烯中的平帶在超導性中起著核心作用，為設(shè)計實用的室溫超導體提供了藍圖。如果該家族的這種特性可復制到其他天然導電材料上，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)
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