石墨烯被誉为一种神奇的材料。它不仅是迄今为止发现的最坚固、最薄的材料，而且其独特的导热和导电能力为电子、能源和医药等领域的创新铺平了道路。
现在，哥伦比亚大学(Columbia university)领导的一个研究小组开发了一种新方法，可以精细地调整相邻的石墨烯层——带花边的蜂窝状碳原子层——以诱导超导。他们的研究为这种二维材料有趣特性背后的物理学提供了新的见解。
该研究小组的论文发表在1月24日的《科学》杂志上。
“我们的工作展示了诱导双绞线石墨烯超导的新方法，尤其是通过施加压力实现的方法，”哥伦比亚大学(Columbia)物理学助理教授、该研究的首席研究员科里迪恩(Cory Dean)说。“这也为去年麻省理工学院的研究成果提供了关键的首次确认——双分子层石墨烯在扭曲成一定角度时会表现出电子特性——并加深了我们对该系统的理解，这对这个新领域的研究极为重要。”
2018年3月，麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的研究人员报告了一项突破性的发现:当两层石墨烯之间的扭曲角为1.1度时，两层石墨烯可以在没有阻力的情况下导电，这被称为“魔角”。
但事实证明，要达到这个神奇的角度并不容易。迪安说:“这些层必须被扭曲到1.1摄氏度左右，这在实验上具有挑战性。”“我们发现，非常小的排列误差可能会带来完全不同的结果。”
因此迪安和他的同事们，包括来自国家材料科学研究所和加州大学圣巴巴拉分校的科学家们，开始测试是否可以在更大的旋转中达到魔术般的角度条件。
“我们没有试图精确地控制角度，而是询问是否可以改变两层之间的间隔，”哥伦比亚大学物理系博士后研究员、该研究的第一作者马修扬科维茨(Matthew Yankowitz)说。“这样一来，原则上任何扭曲的角度都可以变成一个神奇的角度。”
他们研究了一个扭曲角度为1.3度的样品——仅略大于魔术角，但仍远到足以阻止超导。
施加压力使材料从金属变成绝缘体(在绝缘体中电流不能流动)或超导体(在超导体中电流可以无阻力通过)，这取决于材料中电子的数量。
“引人注目的是，通过施加超过10,000个大气压，我们观察到绝缘和超导相的出现，”迪安说。此外，石墨烯的超导性是在迄今为止观察到的最高温度下形成的，略高于绝对零度3度。
为了达到诱导超导所需的高压，该团队与位于佛罗里达州塔拉哈西的国家高磁场用户设备Maglab密切合作。
“这是一个巨大的技术挑战，”迪安说。“在制造了我们使用过的最独特的设备之一之后，我们必须将低温、高磁场和高压结合起来——同时测量电响应。”把所有这些放在一起是一项艰巨的任务，而我们能够让它成功，真的要归功于Maglab出色的专业知识。
研究人员认为，在更高的压力下，可能进一步提高超导的临界温度。最终目标是有一天开发出一种可以在室温条件下工作的超导体，尽管这在石墨烯中可能具有挑战性，但它可以作为在其他材料中实现这一目标的路线图。
加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)的物理学助理教授安德里亚·杨(Andrea Young)是这项研究的合作者之一。她说，这项研究清楚地表明，挤压这些层与扭曲它们具有同样的效果，并为操纵石墨烯的电子特性提供了另一种范式。
杨说:“我们的研究结果极大地放松了研究这一系统的难度，并为我们提供了控制这一系统的新方法。”
Dean和Young现在正在扭曲和挤压各种原子薄的材料，希望能在其他二维系统中发现超导现象。
迪安说:“了解这些现象发生的‘原因’是一项艰巨的挑战，但对最终利用这种材料的力量至关重要——我们的工作开始揭开谜团。”
——文章发布于2019年1月24日
