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魔角石墨烯再次登上《Science》,或为高温超导提供新思路!

编译者:冯瑞华发布时间:Mar 18, 2021点击量:1523 来源栏目:科技前沿

当两片单层石墨烯以1.1°左右的扭曲角度交错排列时,层状结构会变形为非常规的超导体,从而允许电流通过而不会产生电阻,浪费能量。这种魔角扭曲双层石墨烯及其超导效应由中科大少年班毕业生、当时年仅21岁的天才少年曹原和美国麻省理工学院(MIT)教授Pablo Jarillo-Herrero于2018年首次发现并提出。这项研究也让曹原“一战成名”:首次以共同第一作者和共同通讯作者的身份,以背靠背的形式在同一天发表了两篇《Nature》论文!

此后,魔角石墨烯成为了近年来国际前沿研究领域的最热方向之一,吸引到越来越多的物理学家投入到双分子层石墨烯神奇特性的研究之中,“魔角石墨烯”成为红极一时的全新方向,相关的成果接二连三地登上 Science、Nature 等顶级期刊。自2018年以来,至少已经有10+篇Science/Nature论文是关于魔角石墨烯。据了解,仅曹原一人,便发表了5篇《Nature》!

一直以来,科学家们一直关注的是魔角扭曲双层石墨烯。直到2021年2月1日,曹原再次以共同第一作者和共同通讯作者身份发表了他的第五篇《Nature》,发现了三层魔角石墨烯不仅与双层魔角石墨烯一样都具备超导性能,并且电子结构和超导性能的可调控性能更强。

根据曹原等人的研究结果,在三层魔角石墨烯中,当中间一层相对于其他两层以一定的角度扭转时,其超导性比双层结构更稳定。那么,如果三层石墨烯依次以特定角度扭曲时,又会产生什么现象呢?

哈佛科学家设计三层魔角石墨烯观察到更稳健的超导性

2021年3月12日凌晨,来自哈佛大学的凝聚态物理大牛Kim Philip教授团队再次在魔角石墨烯领域取得突破:使用三层堆叠并扭曲的石墨烯实现了超导。与曹原等人发现的三明治”石墨烯(仅旋转中层)不同,哈佛大学团队发现的三层扭曲石墨烯结构以“魔角”依次旋转了每层石墨烯。最终研究人员观察到了新的三层魔角石墨烯具有位移场可调谐的超导性,具有 2.1 开尔文的临界温度(约为 -271℃)。值得一提的是,与传统的超导材料不同,扭曲的石墨烯中的超导性不是由常规的弱耦合Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)电子对机理引起的,而是强烈依赖于电子的强耦合。

研究成果以“Electric field–tunable superconductivity in alternating-twist magic-angle trilayer graphene”为题,发表在Science上,哈佛大学Kim Philip教授为文章的通讯作者,西交大校友郝泽宇为第一作者。

原文题目

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