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石墨烯,在超导材料的路上行进

石墨烯,在超导材料的路上行进

在同步加速器光源(BESSY II)上用角分辨光电子能谱(ARPES)扫描双层石墨烯的能带结构的谱图

碳原子可形成多种类型的化学键。因此,纯碳能以多种形式呈现在世人面前,如钻石、石墨、碳纳米管和富勒烯等。一般认为,这些奇特的二维材料虽然具有良好的导电性能,但还不是超导体。《科学进展》杂志的报道或将改变这个观点。

2018年4月,美国麻省理工学院(MIT)的研究人员发现,在六角网络扭角为1.1度等特定条件下,双层石墨烯可以具备超导性质。在这种情况下,双层石墨烯的电子结构会形成平带。虽然采用这种方式制备石墨烯样品非常复杂,并不适合大规模生产,但它还是吸引了诸多专家的关注。

德国赫蒙霍兹研究中心(HZB)的奥利弗·雷德教授(Prof. Oliver Rader)和安德烈·瓦雷卡洛夫博士(Dr. Andrei Varykhalov)利用同步加速器光源(BESSY II)研究了一种更简便的平带制备方法。实验样品由克姆尼茨工业大学(TU Chemnitz)的汤玛斯·塞勒教授(Prof. Thomas Seyller)提供——塞勒教授等使用的制备方法适用于更大规模的双层石墨烯生产:对碳化硅晶体持续加热,硅原子从表面蒸发后可得到完全重叠的双层石墨烯。

研究人员利用BESSY II对双层石墨烯的带结构进行了仔细的分析,发现了之前被忽略的平带区域。瓦雷卡洛夫解释说:“作为一种具有带隙的半导体材料,双层石墨烯已经被深入研究过。但在BESSY II的高分辨率角分辨光电子能谱(ARPES)上,我们识别到了带隙附近的平带区域。”论文第一作者德米特里·马尔琴科博士(Dr. Dmitry Marchenko)对这一结果也很意外,他说:“在这个经过充分研究的带结构中,竟然有平带的存在。”

平带只是形成超导效应的先决条件,它还需要达到费米能级。虽然双层石墨烯的能级(0.2电子伏)低于费米能级,但可以通过掺杂原子或应用栅电压等方式提高能级。研究人员认为,双层石墨烯之间与石墨烯和碳化硅晶格之间的相互作用对平带形成均有影响。雷德教授补充说:“现在,我们可以通过很少的参数预测这种相互作用,进而调控带结构了。”

编译:雷鑫宇 审稿:德克斯特 责编: 唐林芳

期刊来源:《科学进展》

原文链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2018/11/181109150124.htm

中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。

原创文章,作者:科技工作者,如若转载,请注明出处:http://www.zgsmx.cn/19827.html

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