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美国能源部的科学家们首次成功扭曲并堆叠了双层石墨烯

美国能源部科学家们成功扭曲堆叠了双层石墨烯,这是人类首次成功对一种特殊类型的两个单原子厚的碳原子片进行堆叠扭曲工作。在这次堆叠中,原子的蜂窝状晶格是旋转的,科学家们对这种材料非常感兴趣,因为当层以接近1°的神奇角度旋转时,它就可以成为超导体。在此之前,科学家们还没有完全理解导致这种超导状态的潜在机制。科学家们使用扫描隧道显微镜来观察这种材料新特性核心的电子相互作用和配对原理,科学家们还模拟了这些电子的电子相互作用。
找到一种接近室温的超导材料可以彻底改变我们传输电能和生产电子设备的方式,非传统超导体可以在比其他材料更高的温度下实现这一点。尽管科学家在1986年发现了这些材料,但科学家们仍然不完全知道它们是如何工作的。这项工作展示了两层石墨烯如何以神奇的角度相互叠放在一起,具有类似于高温超导体的特性,这种材料可能为某些非传统超导体的工作方式提供新的见解。

美国能源部的科学家们首次成功扭曲并堆叠了双层石墨烯

研究扭曲堆叠双层石墨烯的最常用的方法是研究这种材料的导电性能。然而,这种方法无法提供有关电子的微观特性、它们在不同能量下的行为以及它们波函数的空间模式(一种充分描述电子量子力学性质的数学表达式)的信息。
科学家们用这种神奇的角双层材料制造了装置。然后他们用扫描隧道显微镜以高分辨率研究了电子的波函数及其能级。当他们通过在样品中使用仪器来调整系统中的电子密度时,他们能够详细地探测电子之间的相互作用。测量结果表明,在这个系统中出现超导电性的电子密度处,电子的相互作用非常强,以至于它们各自的能级非常宽。
然而,对高相互作用电子的小团簇的计算,是用于理解高度相关的材料,比如铜氧化物的高临界温度超导体,这也会产生与实验中所见相似的结果。扭曲堆叠双层石墨烯中电子能级的光谱性质表明,它是一个强相互作用系统,是理解超导电性如何在这种强相互作用下产生的模型材料。解开超导电性是如何产生的谜团将有助于开发高效电力传输材料,并开创新技术。

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