哥伦比亚大学 对扭曲的双层石墨烯施加压力，将这层石墨烯推到一起，并将这种材料从金属转变为超导体
信用:埃拉·马鲁工作室 逗趣者:一个由哥伦比亚大学领导的团队发现了一种新的方法来操纵这种改变游戏规则的材料的导电性，这是人类已知的最强的方法，应用范围从纳米电子设备到清洁能源
石墨烯被誉为神奇的材料
它不仅是迄今为止发现的最坚固、最薄的材料，它非凡的导热和导电能力为从电子到能源到医药等领域的创新铺平了道路
现在，一个由哥伦比亚大学领导的团队开发了一种新方法来微调石墨烯的相邻层——花边状、蜂窝状的碳原子片——以诱导超导性
他们的研究为这种二维材料有趣的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月号
24期《科学》
“我们的工作展示了在扭曲的双层石墨烯中诱导超导性的新方法，特别是通过施加压力实现的，”哥伦比亚大学物理学助理教授、该研究的首席研究员科里·迪恩说
“这也为去年麻省理工学院的研究结果提供了关键的首次证实——双层石墨烯在扭曲时可以表现出电子性质——并加深了我们对该系统的理解，这对这一新的研究领域极其重要
" 2018年3月，麻省理工学院的研究人员报道了一项突破性的发现，当两层石墨烯之间的扭转角为1°时，它们可以无电阻地导电
1度，称为“魔角”
" 但事实证明，达到这个神奇的角度很难
“这些层必须被扭曲到大约1/10度以内
1，这在实验上具有挑战性，”迪恩说
“我们发现，非常小的校准误差可能会产生完全不同的结果
" 所以迪恩和他的同事们，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，着手测试在更大的旋转角度下是否能达到魔角条件
“我们没有试图精确控制角度，而是问是否可以改变各层之间的间距，”哥伦比亚大学物理系博士后研究科学家、该研究的第一作者马修·扬科维茨说
“通过这种方式，原则上任何扭转角都可以变成一个神奇的角度
" 他们研究了一个扭转角为1°的样品
3度——仅略大于魔角，但仍然足够远，可以排除超导性
施加压力将这种材料从金属转化为绝缘体(电不能在绝缘体中流动)或超导体(电流可以在没有电阻的情况下通过)，这取决于材料中的电子数量
“值得注意的是，通过施加超过10，000个大气压的压力，我们观察到绝缘和超导相的出现，”迪恩说
此外，超导性是在石墨烯中观察到的最高温度下发展起来的，比绝对零度高3度多一点
" 为了达到诱发超导性所需的高压，该团队与位于佛罗里达州塔拉哈西的国家高磁场用户设施——被称为磁实验室——密切合作
“这项工作是一个巨大的技术挑战，”迪恩说
“在制造了我们曾经使用过的最独特的设备之一之后，我们不得不将低温、高磁场和高压结合起来，同时测量电响应
将这一切结合在一起是一项艰巨的任务，我们的工作能力实际上是对Maglab出色的专业知识的一种致敬
" 研究人员认为，在更高的压力下，进一步提高超导的临界温度是可能的
最终目标是有朝一日开发出一种能够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
该项研究的合作者、加州大学圣巴巴拉分校的物理学助理教授安德里亚·杨(Andrea Young)表示，这项研究清楚地表明，挤压石墨烯层与扭曲石墨烯层具有相同的效果，并为操纵石墨烯的电子特性提供了一种替代范式
杨说:“我们的发现大大放松了研究该系统的限制，并给了我们控制它的新方法。”
迪恩和杨现在正在扭曲和挤压各种原子般薄的材料，希望在其他二维系统中发现超导现象
“理解‘为什么’会发生这一切是一个巨大的挑战，但对于最终利用这种材料的力量至关重要——我们的工作开始解开这个谜，”迪恩说
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