天天熱點評！電子不僅是粒子，而且是波——“魔角”石墨烯超導(dǎo)性成因揭示

【資料圖】

據(jù)最新發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究，美國俄亥俄州立大學(xué)領(lǐng)銜團隊發(fā)現(xiàn)的新證據(jù)顯示，當(dāng)石墨烯偏轉(zhuǎn)到某個精確角度時，可成為超導(dǎo)體，傳輸電能而不損失能量。量子幾何在這種偏轉(zhuǎn)石墨烯成為超導(dǎo)體方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

在此圖中，兩片石墨烯以稍微偏轉(zhuǎn)的“魔幻”角度堆疊在一起，可以成為絕緣體或超導(dǎo)體。

圖片來源：麻省理工學(xué)院

2018年，麻省理工學(xué)院科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果在合適條件下，將一片石墨烯放在另一片石墨烯上，并將兩層石墨烯偏轉(zhuǎn)一個特定的角度(1.08°)，就會產(chǎn)生神奇的超導(dǎo)效應(yīng)。

在傳統(tǒng)金屬中，高速電子負責(zé)導(dǎo)電性。但偏轉(zhuǎn)的雙層石墨烯具有一種稱為平帶的電子結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，電子移動非常緩慢，如果偏轉(zhuǎn)角度恰好是“魔角”，則速度接近于零。研究人員表示，在傳統(tǒng)的超導(dǎo)理論下，移動如此之慢的電子應(yīng)該不能導(dǎo)電。

此次，研究人員非常精確地獲得了一個非常接近魔角的裝置，電子幾乎被通常的凝聚態(tài)物理標(biāo)準(zhǔn)所阻止。盡管如此，樣品仍然表現(xiàn)出超導(dǎo)性。

在實驗中，研究團隊證明了電子具有緩慢的速度，并給出了比以前更精確的電子運動測量結(jié)果。

他們還發(fā)現(xiàn)了首個線索，可解釋這種魔角石墨烯為何如此特殊。就像所有的量子一樣，量子幾何是復(fù)雜的，不是直觀的。研究的結(jié)果與這樣一個事實有關(guān)：電子不僅是粒子，而且是波，因此具有波函數(shù)。

研究人員表示，平帶中量子波函數(shù)的幾何形狀，加上電子之間的相互作用，導(dǎo)致了雙層石墨烯中電子的流動而沒有耗散。常規(guī)方程僅能解釋其發(fā)現(xiàn)的一成超導(dǎo)信號。實驗測量表明，具有偏轉(zhuǎn)角度的雙層石墨烯成為超導(dǎo)體的九成原因在于量子幾何。這種材料的超導(dǎo)效應(yīng)只有在極低溫度下的實驗中才能發(fā)現(xiàn)。

研究團隊最終目標(biāo)是能夠理解導(dǎo)致高溫超導(dǎo)的因素，這將在電力傳輸和通信等現(xiàn)實世界具有潛在應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 研究人員 麻省理工學(xué)院 這種材料 凝聚態(tài)物理 獲得了一個