物理学家发现石墨烯有助于发展超导体;物理学家发现石墨烯有助于发展超导体

左边的:这张用扫描隧道显微镜拍摄的图像显示了一个云纹"magic angle"双绞层石墨烯图形。右图:扫描隧穿电荷谱是伊娃·安德烈教授的团队发明的一种技术,它揭示了相关电子,如图左图所示,"magic angle"双螺旋双层石墨烯中,正电荷(蓝色)和负电荷(红色)相间的条纹显示了相关电子。图片:蒋宇航/罗格斯大学-新布伦瑞克高分辨率

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Todd Bates
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当两个网格屏幕重叠时,当一个屏幕偏移时,就会出现漂亮的图案。这些“云纹图案”长期以来一直引起艺术家、科学家和数学家的兴趣,并在印刷、时尚和纸币上得到了应用。

现在,由罗格斯领导的研究小组发现,在石墨烯中存在莫尔条纹的情况下,电子会像士兵一样排列成条状,从而为解决材料物理学中最持久的谜团之一铺平了道路。

他们的发现发表在《自然》杂志上,可能有助于寻找在室温下工作的超导体等量子材料。这种材料将通过提高电力传输和电子设备的效率,显著降低能源消耗。

“我们的研究结果提供了一个重要线索神秘连接石墨烯的一种形式,被称为扭曲的双层石墨烯,超导体可以在室温下工作,”资深作者伊娃y安德烈说,理事会的物理学和天文学教授罗格斯大学艺术与科学学院16不伦瑞克。

石墨烯——铅笔中石墨的原子薄层——是由碳原子构成的网状结构,看起来像蜂窝。它是一种很好的导电体,比钢强得多。

罗格斯领导的研究小组研究了扭曲的双层石墨烯,它是通过叠加两层石墨烯并使其稍微错位而制成的。这就产生了一个“扭转角”,当扭转角发生变化时,云纹图案就会迅速变化。

云纹示意图扭曲的双层石墨烯图形。图片:Eva Andrei/Rutgers University-New Brunswick High Res 2010年,Andrei的团队发现,扭曲的双层石墨烯形成的莫尔条纹不仅漂亮,而且对材料的电子性能有显著影响。这是因为莫尔条纹减缓了石墨烯中导电电子的速度,并使它们以极快的速度彼此擦过。

在大约1.1度的扭转角上——所谓的“魔法角”——这些电子几乎完全停止。迟钝的电子开始互相看见,并与相邻的电子相互作用,以同步运动。因此,这种材料获得了惊人的性能,如超导性或磁性。

利用安德烈的团队发明的一种技术来研究扭曲的双层石墨烯,研究小组发现了一种状态,在这种状态下,电子将自己组织成坚固且不易断裂的条纹。

安德烈说:“我们的研究小组发现,这一特征与高温超导体中的类似观测结果非常相似,这为这些系统背后的深层联系提供了新的证据,并为解开它们的长期之谜开辟了道路。”

主要作者是罗格斯大学博士后姜玉航。罗格斯大学的合著者包括博士后毛金海、研究生赖欣媛和克里斯汀·霍尔教授。日本国家材料科学研究所的科学家对这项研究做出了贡献。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.rutgers.edu/physicists-make-graphene-discovery-could-help-develop-superconductors/20190731