研究人員已經(jīng)找到了一種方法來觸發(fā)石墨烯的固有的，但以前隱藏的能力，作為超導(dǎo)體 - 意味著它可以承載具有零電阻的電流。

    在Nature Communications中報(bào)道的這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步增強(qiáng)了石墨烯的潛力，石墨烯已經(jīng)被廣泛認(rèn)為是可以改變諸如醫(yī)療保健和電子產(chǎn)業(yè)等行業(yè)的材料。石墨烯是一種二維的碳原子片層，結(jié)合了幾種顯著的性能；例如，它非常堅(jiān)固但也柔韌，并且具有高導(dǎo)電性。

    自從2004年發(fā)現(xiàn)以來，科學(xué)家們推測石墨烯也可能具有超導(dǎo)體的能力。到目前為止，石墨烯中的超導(dǎo)性僅通過用超導(dǎo)材料摻雜或通過將超導(dǎo)材料放置在超導(dǎo)材料上來實(shí)現(xiàn)，該超導(dǎo)材料可以損害其一些其它性質(zhì)。

    MRI掃描器

    但是在新的研究中，劍橋大學(xué)的研究人員設(shè)法激活了石墨烯在其自身權(quán)利中的超導(dǎo)潛能。這通過將其與稱為鐠鈰鈰氧化銅（PCCO）的材料偶聯(lián)而實(shí)現(xiàn)。超導(dǎo)體已經(jīng)用于許多應(yīng)用中。因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生大的磁場，所以它們是MRI掃描器和懸浮列車中的必要組件。它們還可以用于制造能量儲(chǔ)存能量數(shù)百萬年的節(jié)能電力線和裝置。

    懸浮列車

    超導(dǎo)石墨烯開辟了更多的可能性。研究人員建議，例如，石墨烯現(xiàn)在可以用于創(chuàng)造新型的超導(dǎo)量子器件的高速計(jì)算。有趣的是，它也可以用來證明存在一種被稱為“p波”超導(dǎo)性的超導(dǎo)性的神秘形式，學(xué)者們一直在努力驗(yàn)證超過20年。

    研究由Angelo Di Bernardo博士和劍橋大學(xué)圣約翰學(xué)院的研究員JasonRobinson博士，以及來自劍橋石墨烯中心的合作者Andrea Ferrari教授，來自耶路撒冷希伯來大學(xué)的Oded Millo教授和來自特隆赫姆挪威科技大學(xué)的Jacob Linder教授。“長期以來，假設(shè)在正確的條件下，石墨烯應(yīng)該經(jīng)歷超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，但是很難實(shí)現(xiàn)，”Robinson說。“這個(gè)實(shí)驗(yàn)的想法是，如果我們耦合石墨烯到超導(dǎo)體，我們可以切換內(nèi)在的超導(dǎo)性嗎？然后問題變成你怎么知道你看到的超導(dǎo)性來自石墨烯本身，而不是底層超導(dǎo)體？”

    在使用金屬基超導(dǎo)體的先前研究中采用了類似的方法，但是成功有限。“將石墨烯放在金屬上可以顯著改變性能，所以它在技術(shù)上不再像我們預(yù)期的那樣，”Di Bernardo說。“你所看到的不是石墨烯的固有超導(dǎo)性，而是基礎(chǔ)的超導(dǎo)體的傳導(dǎo)。

    PCCO是來自被稱為”銅酸鹽“的更廣泛種類的超導(dǎo)材料的氧化物。它還具有很好理解的電子性能，并且使用稱為掃描和隧道顯微鏡的技術(shù)，研究人員能夠區(qū)分PCCO中的超導(dǎo)性和石墨烯中觀察到的超導(dǎo)性。超導(dǎo)性的特征在于電子相互作用的方式：在超導(dǎo)體內(nèi)，電子形成對，并且一對電子之間的自旋對準(zhǔn)可以根據(jù)所涉及的超導(dǎo)性的類型或”對稱性“而不同。在PCCO中，例如，在所謂的”d波狀態(tài)“中，對的自旋狀態(tài)不對準(zhǔn)（反平行）。

    相比之下，當(dāng)石墨烯在劍橋主導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)中耦合到超導(dǎo)PCCO時(shí)，結(jié)果表明石墨烯內(nèi)的電子對處于p波狀態(tài)。”我們在石墨烯中看到的，換句話說，是一種非常不同類型的超導(dǎo)性比PCCO，“羅賓遜說。”這是一個(gè)非常重要的步驟，因?yàn)檫@意味著我們知道超導(dǎo)不是來自其外部，因此PCCO只需要釋放石墨烯的內(nèi)在超導(dǎo)性。

    仍然不清楚該團(tuán)隊(duì)激活了什么類型的超導(dǎo)性，但他們的結(jié)果強(qiáng)烈地表明它是難以捉摸的“p波”形式。如果是這樣，這項(xiàng)研究可以改變目前關(guān)于這種神秘類型的超導(dǎo)性是否存在的辯論，如果是這樣的話，究竟是什么。1994年，日本的研究人員使用稱為釕酸鍶（SRO）的材料制造了可能具有p波對稱性的三重超導(dǎo)體。 SRO的p波對稱性從未得到充分驗(yàn)證，部分地受到SRO是大體積晶體的事實(shí)的阻礙，這使得難以制造用于測試?yán)碚摰谋匾愋偷钠骷?/span>

    Robinson說：“如果石墨烯確實(shí)產(chǎn)生了p波超導(dǎo)性，石墨烯可以用作創(chuàng)建和探索基礎(chǔ)和應(yīng)用研究領(lǐng)域的全新超導(dǎo)器件的支架。”這樣的實(shí)驗(yàn)必然會(huì)通過更好地理解p波超導(dǎo)性，以及它在不同設(shè)備和環(huán)境中的行為，導(dǎo)致新的科學(xué)。這項(xiàng)研究還有其他影響。例如，它表明石墨烯可用于在超導(dǎo)電路中制造類似晶體管的器件，并且其超導(dǎo)性可以并入分子電子學(xué)中。“原則上，考慮到可以結(jié)合到石墨烯表面的各種化學(xué)分子，這項(xiàng)研究可以導(dǎo)致具有基于超導(dǎo)石墨烯的新功能的分子電子器件的發(fā)展。”

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