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单用石墨烯就能超导,剑桥大学的新发现潜力无限

日期:2017-01-25

你可能听过很多石墨烯跟超导之间故事了,比如说去年二月份来自日本东北大学(TohokuUniversity)和东京大学(Universityof Tokyo)的一支研究团队通过向两层石墨烯之间植入钙原子在零下269摄氏度下实现石墨烯超导。

这里存在两个问题,第一个是加入的金属改变了石墨烯原有的性质,让研究人员失去了直接研究石墨烯的机会;第二个问题是温度,这种实验室才能实现的温度显然没办法商用。

 

 

而今天,来自英国剑桥大学的研究人员首次观察到石墨烯自身的超导现象,这无疑为进一步了解石墨烯超导现象的本质,以及实现更高温度下的超导现象带来了巨大希望。

研究人员将石墨烯跟一种名叫镨铈铜氧(PCCO)的超导材料结合起来。这里你可能会说这跟石墨烯金属三明治有什么区别?二者的区别之处正在于,研究人员对PCCO这种铜酸盐物质的电学性能非常熟悉,这就使得他们能够将PCCO的超导类型跟石墨烯本身的超导类型区分开来,前提是石墨烯本身确实发生了超导现象。

在公布令研究人员震惊的发现之前,有必要先简单了解一下超导现象。

超导现象是指某些材料在低于某一温度时,内部电阻变为零的现象。此时材料具有远远超过普通导电材料的导电性,在电子设备、远距离输电方面有着巨大的应用前景。

在材料发生超导现象时,电子会以不同的配对方式形成超导电子对(也叫Cooper对)。这些电子对的自旋排列,或对称性,决定了材料的超导类型。这里用到的铜酸盐PCCO的超导类型是d波配对态,因为配对的电子拥有不平行的自旋状态。

 

 

研究人员在石墨烯和PCCO的组合材料中观察到石墨烯自身产生了一种非常不同于PCCO的超导类型。这种尚未验证的超导类型被称作p波配对态超导。

“这是至关重要的发现,因为我们看到了超导是在石墨烯内部发生的,PCCO的作用只是帮助石墨烯实现自身的超导性能。”

值得一提的是,p波配对超导现象早在1994年就由日本的研究人员在某种锶酸盐晶体中发现存在的证据。但由于这种锶酸盐晶体过于巨大,而p波配对态需要高纯度的单层晶体以减少电子散射的影响,加上超低的超导转变温度,研究人员一直无法获得证实p波配对超导存在的确切证据。

 

 

如果p波配对超导被证实的确能够在石墨烯中发生,对它的研究会变得更加轻松。而石墨烯本身在会在基础研究和应用研究领域成为新型p波配对超导材料和设备的宠儿。

想必世界各地的实验室都会加入这一场验证竞赛,并积极开发石墨烯自身超导性这一块处女地。(科技投资圈)

原文链接:http://www.sciencealert.com/graphene-s-superconductive-power-has-finally-been-unlocked-and-it-s-crazier-than-we-expected

 

http://chuansong.me/n/1507844333522

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