多層魔角石墨烯形成穩健超導性 可實現零損耗下輸送電力
【化工儀器網 項目成果】石墨烯這種以sp²雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的新材料，有著優良的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。近年來，隨著石墨烯制備技術成熟化和產業應用多元化，石墨烯與各領域的融合持續深化，逐漸由技術驅動轉變為應用驅動。
2018年，麻省理工學院的研究人員發現，如果兩個石墨烯層以一個特定的“神奇”角度堆疊，這種偏轉的雙層結構可能會顯示出強大的超導電性。在這種狀態下，電流可以零阻力流過。近日，該團隊再次發現一種以精確的新魔角堆疊而成的3層偏轉石墨烯結構中也存在類似的超導狀態。
魔角石墨烯是由兩片石墨烯片疊放而成，兩層之間以1.1°的精確角度略微偏轉。這種被稱為“莫爾超晶格”的偏轉結構在超低溫下將材料轉變為堅固且持久的超導體。研究人員發現，這種材料表現出一種被稱為“平帶”的電子結構，該結構中材料的電子具有相同的能量，而不管它們的動量如何。在這種平帶狀態下，并且在超低溫下，電子集體減慢到足以配對成所謂的庫珀對——超導性的基本成分，可在沒有阻力的情況下流過材料。
哈佛大學的一個小組得出的計算結果在數學上證實，3個石墨烯層以1.6°偏轉，也會表現出平帶，由此表明它們可能是超導體。該研究表明，如果以預測的角度堆疊和偏轉，那么表現出超導性的石墨烯層的數量應該沒有限制。研究人員最終證明了他們可在數學上將每個多層結構與一個常見的平帶結構聯系起來，從而有力地證明了平帶可能會導致強大的超導性。
這一新發現表明，這一家族的石墨烯中的平帶在超導性中起著核心作用，為設計實用的室溫超導體提供了藍圖。如果該家族的這種特性可復制到其他天然導電材料上，它們就可被利用起來，例如，在零損耗的情況下輸送電力，或者建造磁懸浮列車。
(資料來源：科技日報)
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