分层石墨烯的超导性非常奇怪

为什么冷薄的碳不提供对电流的阻力？两个实验使我们更接近答案 – 甚至可能是实用的室温超导体。

马萨诸塞州东北大学的Kin Chung Fong震惊了哈佛大学的另一位物理学家Abhishek Banerjee在晚餐时告诉他很多。他们正在研究石墨烯的不同方面 – 碳片仅一个原子厚 – 但两者都对流经石墨烯突然变化的电流的难度相同。

过去的实验表明，如果某些床单以特殊的角度旋转，则非常冷的石墨烯可以超导电或无电阻和能量损失的电力完美地进行电力。但是，为什么这种情况仍然是神秘的。两位物理学家认为，他们在晚餐中估计的特性（称为动力电感）可能会阐明答案。

冯说：“这种感觉就像当你在森林里远足时，突然你会发现，等等一分钟，我不是这个深森林里唯一的人。”

与其他同事一起，他们将自己的想法变成了两个实验。一组测量了两层堆叠式石墨烯的动力电感。第二组专注于三层。

马萨诸塞州理工学院的乔尔·王（Joel Wang）曾在两层石墨烯中工作的小组中说，测量动力电感以前很困难。由于多层石墨烯只能以很小的零件生产，因此用于测量其超导电流的标准技术（例如将其暴露于颗粒或磁场）产生过度较弱的信号。取而代之的是，两个团队都必须创新一个设置，在该设置中，微小的石墨烯薄片暴露于微波炉，而研究人员慢慢地变化了温度（例如温度），必须保持非常低的时间才能使超导性发生。

我们知道，多层石墨烯超导体是因为它内部的电子配对，并且这些对比单个颗粒更容易流动。但是电子通常互相排斥。颗粒如何完全融合在一起以及这些对的属性仍然尚不清楚。

东京大学田中的田中说：“理论是在这里实验的（在这里进行）。”

对于两层石墨烯而言，她的团队发现超导电流要“更硬” – 它的抵抗变化要大于任何传统的超导性理论所预测的。他们将此异常追溯到所谓的量子几何形状。具体而言，编码所有特性和可能的​​行为的电子波形的形状似乎驱动了这种异国情调的超导性。

在Trilayer石墨烯中，研究人员发现了样品的动力感与完全不同的超导体家族的行为之间的相似之处，它们在更高的温度下保持其特殊特性。

因此，班纳吉（Banerjee）和田中都说这些实验可能比阐明了为什么石墨烯超导能力 – 它们还可以揭示室温超导体所需的关键特性。几十年来，物理学家一直在寻找此类材料，希望使用它们可以从根本上降低许多设备的能源消耗。

Banerjee说：“我们正在发现这两个物质系统似乎都出现的有趣定律。也许我们正在发现的是更深入的。”两支球队都计划使用其他非常薄的超导体进行类似的实验。

“最近，有很多新的二维超导体，令人惊讶，令人惊讶和不寻常，”同样在研究三层石墨烯的团队中的哈佛大学Zeyu Hao说。例如，本月早些时候，一支不同的团队发表了研究表明，当层相对于彼此扭曲时，两层材料的两层晶体表现出了超导性。

同时，霍的同事玛丽·克雷德尔（Mary Kreidel）现在在加利福尼亚州的NASA喷气推进实验室，已经考虑了堆叠和扭曲的石墨烯的应用。她正在为空间任务的粒子探测器工作，其中许多使用超导体。她说，如果它们是由多层石墨烯制成的，则可以使它们变得更小，更轻，这是太空飞行的重要优势。