據(jù)最新一期《科學》雜志報道，美國麻省理工學院物理學家在“魔角”扭轉(zhuǎn)三層石墨烯（MATTG）中首次直接觀測到非常規(guī)超導性的關(guān)鍵證據(jù)，為實現(xiàn)室溫超導這一目標起到了重要推動作用。
研究人員利用一種新型平臺測量魔角石墨烯的超導能隙。該方法涉及在魔角三層石墨烯（圖中黃色部分）之間“隧穿”電子，同時測量材料的超導狀態(tài)。實驗首次清晰地證明了魔角三層石墨烯是一種非常規(guī)超導體。圖片來源：美國麻省理工學院
室溫超導在接近室溫條件下仍能工作。如能實現(xiàn)，那么零能耗輸電電纜、高效電網(wǎng)乃至實用量子計算系統(tǒng)等新技術(shù)將成為現(xiàn)實。科學家正致力于研究非常規(guī)超導體，這類材料的電子配對方式與傳統(tǒng)理論不同，可能在更高溫度下保持超導特性，魔角石墨烯便是其中代表。
2018年，麻省理工學院團隊首次在實驗中制備出魔角雙層石墨烯，發(fā)現(xiàn)其展現(xiàn)出非凡的量子特性，由此催生了“扭角電子學”這一全新研究領(lǐng)域。MATTG由三層原子薄的石墨烯堆疊而成，并以特定的魔角扭轉(zhuǎn)，從而展現(xiàn)出一系列奇異的量子特性。此前研究曾發(fā)現(xiàn)MATTG表現(xiàn)出一些異常電子行為，但缺乏直接證據(jù)證明其為非常規(guī)超導體。
團隊此次利用新開發(fā)的實驗平臺，將電子隧穿測量與電輸運測試結(jié)合，在同一器件中同時觀測超導能隙與零電阻特征。實驗在接近絕對零度的條件下進行，結(jié)果顯示，只有當材料呈現(xiàn)零電阻，即進入超導狀態(tài)時，才會出現(xiàn)明顯的“超導隧穿能隙”。
進一步的溫度與磁場測試顯示，該能隙具有獨特的“V”形曲線，而常規(guī)超導體通常呈現(xiàn)平滑、對稱的形態(tài)。這種差異表明，MATTG中的電子配對方式與傳統(tǒng)超導體完全不同，這意味著其超導機制必然不同于傳統(tǒng)類型。研究人員認為，這種電子緊密結(jié)合的特征，可能源于強電子相互作用，而非傳統(tǒng)的晶格振動機制，這對于未來實現(xiàn)室溫超導至關(guān)重要。
新平臺能實時觀測二維材料中超導能隙的形成與演化，為研究不同體系中的電子配對機制提供了新的實驗手段。下一步，團隊將利用該平臺探索更多二維扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和材料，有望揭示電子配對與量子態(tài)競爭的本質(zhì)，為設(shè)計新型高效超導體和量子計算材料提供思路。
本文鏈接：“魔角”石墨烯中發(fā)現(xiàn)非常規(guī)超導關(guān)鍵證據(jù)http://www.sq15.cn/show-11-27963-0.html
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