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科学家揭示石墨烯插层材料超导机制

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来源: 作者: 2019-05-17 00:35:13

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美国能源部国家直线加速器实验室(SLAC)和斯坦福大学的一项研究首次揭示了石墨烯插层复合材料的超导机制,并发现一种潜伏的工艺能使石墨烯这个具有广阔应用前景的“材料之王”取得人们梦寐以求的超导性能。该研究有助于推动石墨烯在超导领域的应用,开发出高速晶体管、纳米传感器和量子计算装备。相干论文发表在3月20日出版的《自然通讯》杂志上。

石墨烯是一种呈蜂巢状排列的单层碳原子结构,是目前已知的最薄、强度最高的物资,具有优秀的物理化学性能。科学家希望用石墨烯制成高速晶体管、传感器乃至透明电极。此前,人们就已知道掺杂金属原子的石墨烯插层材料具有二维超导性能。但科学家们一直无法确定超导性是来源于金属、石墨烯还是两者兼而有之。新研究首次通过令人信服的证据,证明了是石墨烯在其中起到了关键作用。为相干材料在纳米级电子器件领域的运用铺平了道路。

物理学家组织3月21日的报道中称,研究人员是通过强紫外线对一种名为钙插层石墨烯(CaC6)的材料进行研究后得出上述结论的。CaC6是纯钙晶体与石墨发生化学反应所得到的石墨烯插层复合材料,由单层碳原子石墨烯和单层原子钙交替复合而成。

研究人员将一份来自英国伦敦大学学院(UCL)的CaC6样品在斯坦福同步辐射光源实验室(SSRL)进行了分析。高强度的紫外线能够帮助他们深入到材料内部进行观察,分清每层内的电子是如何运动的。实验显示,电子在石墨烯和钙原子层之间来回散射,与材料的原子结构产生自然振动并产生配对,从而获得了无电阻的导电性。

领导此项研究的斯坦福材料和能源科学研究所(SIMES)研究生杨硕龙(音译)说:“我们的工作开辟了一条让石墨烯实现超导的途径,这是科学界梦想了很久却一直未能实现的目标。借助同步辐射光源我们第一次揭示了石墨烯插层材料的超导机制。”

他说,虽然超导石墨烯的应用在短期内还难以实现,但其潜在的运用价值已经不可限量,包括超高频率摹拟晶体管、纳米传感器及电子器件以及量子计算机在内的众多设备都有望因此成为现实。

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