作者:莱顿大学阿诺·范·特·霍格 信用:CC0公共领域 堆叠两层石墨烯，彼此以略微不同的角度扭曲，这种材料会自动变成超导体
科学仍然不能解释如此神奇的事情是如何发生的，但是物理学家使用特殊的设备来揭示表面下发生的事情
自从100多年前在诺贝尔奖获得者海克·卡末林·昂内斯的莱顿实验室首次发现超导以来，超导一直是科学家们感兴趣的课题
他把水银冷却到接近绝对零度，突然，所有的阻力都消失了
如果你给这种冷金属通电，它将继续流动，直到冷却停止
在这种情况下，冷却意味着温度在零下270度左右，也就是氦变成液体的温度
这既复杂又昂贵，所以超导的实际应用到目前为止仅限于医院核磁共振扫描仪中的磁体
与此同时，物理学家一直在寻找“暖”超导体，这种超导体可以在冷却较少的情况下工作
例如，已经开发出了在零下140度超导的陶瓷材料
这是进步，但我们还没有达到目标
仍然有许多未回答的问题
在这些材料中到底发生了什么，是莱顿研究人员杰尔克·本舍普和塞思·简·范德莫伦希望找到答案的一个问题
“历史告诉我们，这样的探索需要时间，”凝聚态物理教授范德莫伦说
“卡姆林·昂内斯在1911年发现了超导性，但直到1957年才发表了一个很好的解释理论
我们仍然不完全理解那些新的陶瓷超导体
即使对物理学家来说，这也很复杂
这也是我们合作的前提:让我们用一种相对简单的材料来做实验:石墨烯
" 公共卫生
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候选人Tjerk Benschop:“有趣的是，石墨烯向超导的相变类似于陶瓷超导体
这个想法是通过研究石墨烯，我们可以了解更多关于其他超导体的情况
新的转折 每个人家里都有石墨烯
铅笔的石墨芯由无尽的石墨烯层组成，其中碳原子整齐地排列成蜂窝状结构
范德莫伦:“双层石墨烯有特殊的特性:你可以给它一个新的转折
如果你以一个微小的角度扭转两层石墨烯，你会突然得到一种超导材料
如果你增加层间的角度，这种现象就会消失
这背后有很多复杂的物理现象，在某些方面仍然很难解释
" 本肖普:“这听起来有点疯狂，但在1的神奇角度
1度，两层中的电子开始更多地相互感应；他们能够互动
这导致了独特的特性，其中之一就是超导性
很难解释为什么会这样，因为在这两者之间有许多与物理学相关的步骤
例如，我们在谈论电子带，这是很难想象的
" 平带 一个国际研究小组利用多种测量技术，详细绘制了超导石墨烯三明治的图表
他们将本舍普的导师米兰·艾伦和他在瑞士的同事费利克斯·鲍姆伯格在超导领域的专业知识与范德莫伦的石墨烯研究相结合
“如果你测量得非常准确，你甚至可以确定材料中电子的状态
直到现在，还没有人成功地证明电子在一个被称为平带的神奇角度中或多或少是静止的
这需要大量的工作
" 本舍普:“有一次，我牺牲了我的圣诞假期来制作扭曲石墨烯的图像
我的技术的难点在于，只有石墨烯的表面非常干净，你才能精确测量
你用显微镜下的小针在表面上方扫描，如果某处有多达一个单分子的灰尘，你的测量就失败了
这在一开始给我带来了很多麻烦，一步一步地找出最有效的方法
为了精确测量，石墨烯的表面必须非常干净，因此我们在超高真空环境中进行测量
测量室中漂浮的粒子比空间中少
" 灵光一现 扭曲双层石墨烯的微小样本是由巴塞罗那的物理学家同事制作的，因为这本身就是一项技能
范德莫伦说:“科学的伟大之处在于，你通过出版物和会议与人们接触，并一起提出新的想法。”
“在这种情况下，我们需要四个研究小组来取得成功
" “在实验室里经过漫长的一天，耐心地重复和改进，终于有了一个灵光一现的时刻，”本舍普告诉我们
“你花了很长时间朝这个方向努力，希望最终能得到一个好的测量结果
当你看到石墨烯的原子结构出现在你的屏幕上时，这是一个非常特殊的时刻，这个可爱的图案与正确的扭曲角度相吻合
" 一旦这两层石墨烯相互扭曲，一个巨大的蜂窝结构就突然变得清晰可见
当你把两层薄薄的丝绸互相重叠时，你会得到同样的自发的图案形成或莫尔效应
范德莫伦:“那种模式不仅仅是一种视觉错觉；一个新的结构实际上给了电子新的运动区域
" 电脑或智能手机中会有带魔角石墨烯的芯片吗？本舍普不这么认为
“石墨烯在零下272度的温度下具有超导性，这使得实际应用变得不可行，因为液氦非常昂贵
最重要的是，我们正在越来越多地了解超导是如何发生的，希望这将为室温下超导的新材料提供思路
" 乐高牌塑料锁定式积木 范德莫伦认为，双层石墨烯只是开始
事实是，还有许多其他扁平的导电材料也可以堆叠和扭曲
“我认为它就像乐高一样
你把一层放在另一层上面，如果有强烈的相互作用，就会出现一种具有意想不到特征的新材料
这有点像把氢和氧结合起来得到水，整体比各部分的总和大得多
" 本舍普急于研究的另一个选择是双层材料的翘曲，因为这也会改变莫尔图案和电特性
“简而言之，有很多参数可以用来做实验，”范德莫伦说
“有一种理论预测认为，超导的温度很可能会更高
但是，如何做到这一点，我们还知之甚少
这也是我们专业领域最好的部分:很多事情很难计算或预测，所以实验会有所不同
"
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