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留美中国21岁博士实现石墨烯超导重大突破!或引

石墨烯似乎总能轻而易举地成为最吸引眼球的“超级材料”。2018年3月5日,国际顶级期刊《Nature》主刊在其网站连发两篇长文,对美国麻省(MIT)Jarillo-Herrero教授课题组有关石墨烯超导的最新成果予以报道。更值得注意的是,这两篇重磅级文章的第一作者均为来自中国的21岁博士生曹原。

出生于四川的曹原年仅14岁即以669分的成绩考入声名赫赫的中科大少年班学院。自小受益于“超常教育”的他仅用3年时间读完了小学、初中与高中的全部课程,并在大学获得本科生最高荣誉奖——郭沫若奖学金。这样看来,年仅21岁的曹原获此成就并不是意外。

电子在单层石墨烯内运动所需的能量大约为eV量级。Herrero教授与曹原开创性地发现,通过将两层自然状态下的二维石墨烯材料相堆叠,并控制两层间的扭曲角度,即可构建成为性能出色的零电阻超导体。此时,电子在双层石墨烯材料间所需的能量量级则降低至meV,令人称奇!

这一研究中最为关键之处在于双层石墨烯材料的扭曲角度。当扭曲角度达到被称为“魔角”的1.1°时,石墨烯层中的电子能带结构不再对称,超导性质也随之显现。其实,早有理论预测将2D材料层中的原子扭转1.1°会呈现出一些有趣的现象,但这还是科学家们头一次见证这一理论带来的震撼之处。

关于石墨烯材料导电能力的研究并不少见。实际上就在去年,科学家通过掺杂钙(Ca)原子同样激发了石墨烯的超导能力。然而,此次研究是第一次在不改变石墨烯组成的的情况下实现其超导特性,更可能实现P波超导性。

石墨烯材料作为一种非常规超导体,可能成为开发室温超导体的关键之处。传统超导体分为高温超导与低温超导,但这里的“高温”指的是在-196℃的液氮环境中(最高-140℃),超导所具有的特性,低温超导则需要在-269℃的液氦环境中实现,成本高昂不适宜大规模应用。

室温超导体无疑给未来发展带来了新的憧憬。其不仅可应用于医疗设施、电网设备、电子产品等生活设施中,更在超级计算机、超级高铁等前沿科技中大展身手。毫不夸张的说,这项研究打开了非常规超导体研究的大门,或将引发一场超导材料领域的新革命…

参考文献:Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices, Nature, doi:10.1038/nature26160

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