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《绝缘体还是超导体？物理学家发现石墨烯都是》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： Lightfeng
  • 发布时间：2018-03-11

  • 很难相信单一材料可以被描述成与石墨烯一样多的最高级。自从2004年发现以来，科学家们发现，花边，蜂窝状的碳原子片，基本上是铅笔铅的最微观的剃须，你可以想象，它不仅是世界上最薄的材料，而且非常轻巧灵活，比钢强几百倍，比铜导电性更强。

    现在麻省理工学院和哈佛大学的物理学家发现奇迹材料可以表现出更奇特的电子特性。在今天发表在Nature上的两篇论文中，研究小组报告说，它可以调整石墨烯在两个极端情况下的行为：作为绝缘体，电子完全阻止流动;并作为超导体，电流可以无阻地流过。

    包括该团队在内的过去的研究人员已经能够通过将材料与其他超导金属接触来合成石墨烯超导体，这种配置允许石墨烯继承一些超导行为。

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    • 近日，领先的量子技术公司Terra Quantum在《Advanced Quantum Technologies》期刊中发表了首次对室温超导性的观测，即石墨中的全球室温超导性。 1911年，荷兰物理学家HeikeKamerlingh-Onnes发现了超导性，即导体在没有电阻的情况下携带电流的能力，即没有功率损失的能力。他观察到，在4.2K时，浸入液氦中的固体汞线中的电阻突然消失，并立即向荷兰皇家艺术与科学院报告，这一观察结果得到了1913年诺贝尔物理学奖的认可。Kamerlingh-Onnes的发现开启了人类历史的新纪元。 在大约三十年的时间里，人们意识到超导是一种宏观量子态，其特征也是迈斯纳效应，即超导体内部磁场的完全消除；因此，这一发现促进了量子力学的发展，量子力学是当今科学和自然知识的基础。然而，超导模型预测，人们很难指望它会发生在大约20 K以上。 然后，1986年发现了所谓的“高温超导性”（Georg Bednorz和Alex Müller，1987年诺贝尔奖），77K以上的超导性，Terra Quantum的首席技术官Valeri Vinokur教授与Cristina Diamantini（佩鲁贾大学）和Carlo Trugenberger（瑞士科学技术公司）共同解决了下一个悬而未决的难题。 现在，由Vinokur教授和Yakov Kopelevich教授领导的研究，以及来自坎皮纳斯国家大学、佩鲁贾大学和瑞士科学技术公司的合著者，发现了室温下的超导性。被视为童话故事的希望变成了现实。 Valeri Vinokur教授说：“我们的工作是一项实验发现，自首次观测到汞的超导性以来，人类已经等待了大约一百年。”。 Terra Quantum创始人兼首席执行官Markus Pflitsch表示：“我们的科学团队与学术和行业合作伙伴的这一发现为超导技术的巨大进步打开了大门。室温超导为跨行业的变革性进步打开了一扇大门。”。“想象一下，电网几乎没有能量损失，彻底改变了我们的输电方式。在医疗保健领域，增强型MRI技术将出现，提供前所未有的诊断精度。交通运输将随着节能、高速磁悬浮列车的发展而飞跃。电子将进入小型化和电力效率的新时代。” Vinokur教授补充道：“新兴的量子计算领域将受益匪浅，因为现在仅在10-20 mK下工作的量子位可以在室温下工作。因此，被视为未来梦想的东西已经成为现实。”。 热解石墨是石墨的一种人造形式。由科佩列维奇教授领导的坎皮纳斯国家大学的研究小组使用透明胶带将这种石墨切成薄片。这些床单上覆盖着密集排列的褶皱，几乎呈平行线。这些褶皱的几何形状导致电子配对成允许超导电流沿着褶皱流动的结构。 C.A.Trugenberger、M.C.Diamantini和V.M.Vinokur解释了沿一维缺陷产生超导电性的机制。这些缺陷内的应变波动可以用有效的拓扑规范场来描述，拓扑规范场介导了一个吸引电势，导致缺陷中液滴内的电子配对并玻色凝聚。这些液滴的非常薄的尺寸导致这些液滴对的基态非常坚固。冷凝液滴在石墨表面形成有效的约瑟夫逊结阵列，石墨在其拓扑玻色金属态中冻结，缺陷在边缘形成残余导电。在这些缺陷上，量子相位滑移通常会引起耗散。然而，由于二维表面和三维体的尺寸焊接，量子相滑移只是在表面上移动的体涡的尖端。由于体的电阻非常小，这些涡流的运动受到抑制，同时量子相位滑移导致缺陷上的耗散。所以，这些缺陷变成了超导。
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