石墨烯再成风口?华人科学家发明一个新技术,产生神秘的超导体_艾伦·麦克唐纳

石墨烯再成风口?华人科学家发明一个新技术,产生神秘的超导体_艾伦·麦克唐纳
石墨烯再成风口?华人科学家创造一个新技能,发作奥妙的超导体 引述外媒报导,在办公用品中,铅笔芯-一种石墨和粘土的混合物,其间不包括任何铅-在其制作黑线的才能之外如同无可挑剔。 可是15年前,科学家发现单片石墨-以蜂窝状摆放的单原子厚的碳原子层-是一个奇观。这种称为石墨烯的超薄碳,比纸柔软轻,但比钢强200倍。它也是热和电流的杰出导体。 科学家们设想了石墨烯可以制成的一切特殊的东西:晶体管,传感器,新颖的资料。可是在研讨和分类了它的特性之后,科学家们持续研讨其他问题。实践运用的发展缓慢,因为使石墨烯引人入胜的部分(即强度)也使资料难以切割成准确的形状。 上一年,当麻省理工学院的物理学家发现将两片资料以很小的视点歪曲并堆叠在一起时,石墨烯从头呈现在物理学研讨范畴。它创始了一个新范畴:旋翼机。 一个周三在Nature杂志上宣布的论文需求在这种资料被称为最具体看看魔角歪曲的双层石墨烯。世界科学家团队进行了一系列试验,成果表明,经过调理石墨烯的温度,磁场和可以自在移动的电子数量,资料从行为像绝缘子(电流不活动)转变为绝缘子。超导体,可以无电阻地传输电流。 改动电子学的期望是,研讨人员将可以运用超导性和其他特性来规划用于量子核算机和没有幻想的其他用处的新式电子产品。 “ 咱们的作业的确显示出整个体系的丰富性,咱们可以当即调查到一切这些影响,” 西班牙光子科学研讨所和巴塞罗那科学技能学院的物理学家Dmitri K. Efetov 说。该论文的高档作者。 轻松将石墨烯微调为不同类型行为的才能为科学家供给了一个简略的体系,供他们测验了解其超导活动以及其他行为的根本物理原理。 加州大学圣塔芭芭拉分校的物理学教授安德里亚·扬(Andrea Young )并未参加这项研讨,他说:“他是做得最好的人。” 埃菲托夫博士及其合作者说。“他们以某种办法具有法力。” Young博士说,他和其他人仍在收拾戏法角歪曲双层石墨烯中的状况。 他说:“或许发作的作业许多,而的确发作的作业取决于许多试验细节。” “咱们才刚刚开端了解并规划该空间。可是期望是那里会有其他任何体系都看不到的东西。” 长期以来,科学家一向知道石墨是由堆叠的石墨烯片制成的,但他们不知道怎么只看一张石墨片。2004年,英国曼彻斯特大学的两位物理学家安德烈·吉姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃塞洛夫(Konstantin Novoselov )提出了一种肯定低技能的办法来出产它。他们运用胶带(在办公用品店购买的胶带)将石墨烯层摆开,直到只剩下一层石墨烯。 在世界各地的试验室中,物理学家赶忙购买了自己的胶带卷并将石墨烯切成薄片。Geim和Novoselov博士荣获2010年诺贝尔物理学奖。可是几年后,科学家们弄清楚了他们能做些什么,而且大多数人持续前进。 麻省理工学院的物理学家帕勃罗·贾里洛-埃雷罗说:“直到上一年,石墨烯才逐步过期。” 不过,像德克萨斯大学理论物理学家艾伦·麦克唐纳(Allan H. MacDonald)这样的人依然以为,石墨烯的奥妙没有得到充沛发掘。 假如将两片石墨烯互相堆叠怎么办?假如各层完美对齐,则两个石墨烯层的行为根本上与单个石墨烯片相同。可是,当其间一层与另一层比较略微歪曲时,两个晶格的旋转未对准会发作重复的“ 莫尔图画”,其延伸到许多原子上。 “这便是我的起点,”麦克唐纳博士说。“假如他们简直对齐了怎么办?” 电子可以很容易地在两张其网格摆放的薄片之间跳动。可是在没有对齐的当地,流程会愈加困难。2011年,麦克唐纳博士和博士后研讨员拉菲·比斯特里策(Rafi Bistritzer)核算得出,电子结构在一个小视点下将变得“平整”,电子像轿车相同被塞住,企图穿越年代广场。 缓慢移动的电子之间更有或许相互作用(用物理学的言语来说是“高度相关的”),而且依据经历,物理学家知道强相关的体系一般是令人惊奇的体系。 麦克唐纳博士说:“咱们提出了一些猜想。” 这篇论文很风趣,但根本上被忽略了。一次包括多个粒子的方程一般过于杂乱而无法准确求解。因而,麦克唐纳博士和比斯特里泽博士做了一些简化,以得出大致的答案。许多科学家以为他们的成果仅仅近似的人工产品,而不是对实践调查成果的或许描绘。 哈佛物理学家菲利普·金(Philip Kim)曾做过许多前期的石墨烯试验(Efetov博士和Jarillo-Herrero博士都在他的试验室里作业),他以为核算中掩盖的细节很重要。他说:“我对此表明置疑。” 可是Jarillo-Herrero博士决议测验该猜测。他说:“有很好的理论动机去调查会发作什么。” 该技能依然触及运用胶带将石墨晶体摆开,直到仅剩下一层石墨烯。然后将石墨烯撕成两半,以发作两个具有完美摆放的晶格的薄片。然后将其间一个薄片旋转约1.3度,然后将其压下。 这些层仅仅松散地结合在一起,有时科学家们调查到它们敏捷从头对齐。其他时分,纸张开端旋转,但在彻底对齐之前中止,有时以所需的1.1度完毕。视点不用准确。当改动角在1.0和1.2度之间时,如同会呈现这种状况。 上一年,Jarillo-Herrero博士及其搭档报告了一个惊人的发现。两层石墨烯(现在称为魔角歪曲双层石墨烯)在冷却到肯定零度以上的几分之一度时成为超导体。(麦克唐纳博士和比斯特里策博士没有预料到这一点。) Jarillo-Herrero博士说:“当咱们看到超导性时,一切都溃散了。” “然后咱们意识到这是一件非常大的作业。” 关于运用石墨烯进行的原始作业的一切惊人技巧,科学家们从未可以将其转变为超导体。一个启示是,只需将另一张纸放在上面并略微改动一下,即可改动其行为。假如旋转一张纸,如同两张纸的色彩忽然改动了。 其他试验物理学家跳回石墨烯研讨。金博士供认:“我彻底错了。” “艾伦·麦克唐纳的理论是正确的。” Efetov博士及其搭档在新的《天然》杂志上证明了Jarillo-Herrero博士的发现,但他们发现温度,磁场和电子密度的其他摆放也使石墨烯成为超导体。 他们还发现,石墨烯还或许表现出不寻常的磁性类型,这是因为其电子的运动引起的,而不是像铁这样的资料中所见的原子的固有磁性。这种行为很少被调查到。 Efetov博士说,他对组合石墨烯层的办法的改善是在压下第二层时将其卷起,这类似于在智能手机屏幕保护膜上施加压力以避免在施加它时构成气泡的办法。 他还说,两层之间更明晰的鸿沟导致了他更具体的成果。他说:“麻省理工学院看到的,咱们正在仿制。” “可是最重要的是,咱们调查到了更多的状况,因为设备龌龊,很或许在他的状况下看不到这些状况。” Twistronics的新范畴逾越了石墨烯。资料的电子行为或许取决于石墨烯所放置的资料,一般是氮化硼。测验其他资料或装备或许会发作不同的成果。 科学家现已开端研讨三层石墨烯和多种其他二维资料。 哈佛大学的金博士说:“我以为这仅仅是开端。” 他以为,因为运用了各式各样的资料,科学家们或许可以规划出适用于量子核算机的新式超导体。“我以为那或许真的很令人兴奋。”