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物理学家发现石墨烯可以帮助开发超导体

物理学家发现石墨烯可以帮助开发超导体

左:使用扫描隧道显微镜拍摄的图像显示了“魔角”扭曲双层石墨烯的莫尔条纹。右:Eva Andrei教授小组发明的一种扫描隧道电荷光谱技术,揭示了相关的电子,如在图像中看到的“魔角”扭曲的双层石墨烯中形成的交替的正电荷(蓝色)和负电荷(红色)所示,在左边。图片来源:余宇航/罗格斯大学-新不伦瑞克省

当两个网状屏幕重叠时,偏移一个屏幕会出现漂亮的图案。这些“摩尔纹图案”长期以来吸引着艺术家,科学家和数学家,并在印刷,时装和钞票中得到了应用。

现在,由罗格斯(Rutgers)领导的团队发现了石墨烯中的莫尔图案,电子将自己像条纹中的士兵那样组织成条纹,从而为解决材料物理学中最持久的谜团铺平了道路。

他们的发现发表在《自然》杂志,可能有助于寻找在室温下能工作的量子材料,例如超导体。这样的材料将通过提高动力传输和电子设备的效率来显着降低能耗。

物理学与天文学系理事长伊娃·安德烈(Eva Y. Andrei)说:“我们的发现提供了一种神秘的线索,即将一种称为扭曲双分子层石墨烯的石墨烯与可以在室温下工作的超导体联系起来的谜团。”在新不伦瑞克省罗格斯大学艺术与科学学院学习。

石墨烯是铅笔中石墨的原子薄层,是由碳原子制成的网孔,看起来像蜂窝。它是电力的重要导体,比钢铁强得多。

物理学家发现石墨烯可以帮助开发超导体

扭曲的双层石墨烯中的莫尔图案的示意图。图片来源:Eva Andrei /罗格斯大学-新不伦瑞克省

由罗格斯(Rutgers)领导的团队研究了扭曲的双层石墨烯,这种石墨烯是通过叠加两层石墨烯并使其略微错位而创建的。这产生了“扭转角”,该“扭转角”导致莫尔图案,当扭转角改变时,该波纹会快速改变。

2010年,安德烈(Andrei)的团队发现,除了美观之外,由扭曲的双层石墨烯形成的莫尔图案对材料的电子性能也产生了巨大影响。这是因为莫尔条纹会减慢在石墨烯中导电的电子的速度,并且电子彼此之间会快速滑动。

这些电子以大约1.1度的扭转角(即所谓的幻角)几乎停滞不前。呆滞的电子开始互相见面,并与它们的邻居互动以同步移动。结果,该材料获得了惊人的性能,例如超导性或磁性。

研究小组使用安德烈(Andrei)小组发明的技术研究扭曲的双层石墨烯,发现了一种状态,在这种状态下,电子将自身组织成坚固且不易断裂的条纹。

安德烈说:“我们的团队发现了这一特征与高温超导体中的类似观测结果非常相似,为这些系统之间的深层联系提供了新的证据,并为揭开其持久的奥秘开辟了道路。”

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