據(jù)發(fā)表于近日《自然·材料》雜志的一項(xiàng)最新研究，美國(guó)麻省理工學(xué)院科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了魔角多層石墨烯家族中的穩(wěn)健超導(dǎo)性。他們報(bào)告了超導(dǎo)魔角偏轉(zhuǎn)4層和5層石墨烯的實(shí)驗(yàn)，將交替偏轉(zhuǎn)多層魔角石墨烯建立為可靠的“莫爾超導(dǎo)體家族”。這是第一個(gè)已知的多層魔角超導(dǎo)體家族，每個(gè)家族成員都由多層石墨烯組成，以精確的角度偏轉(zhuǎn)堆疊。這一新發(fā)現(xiàn)表明，這一家族的石墨烯中的平帶在超導(dǎo)性中起著核心作用。

這一發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)實(shí)用的室溫超導(dǎo)體提供了藍(lán)圖。如果該家族的這種特性可復(fù)制到其他天然導(dǎo)電材料上，它們就可被利用起來(lái)，例如，在零損耗的情況下輸送電力，或者建造磁懸浮列車。

2018年，麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，如果兩個(gè)石墨烯層以一個(gè)特定的“神奇”角度堆疊，這種偏轉(zhuǎn)的雙層結(jié)構(gòu)可能會(huì)顯示出強(qiáng)大的超導(dǎo)電性。在這種狀態(tài)下，電流可以零阻力流過(guò)。最近，這一團(tuán)隊(duì)再次發(fā)現(xiàn)，一種以精確的新魔角堆疊而成的3層偏轉(zhuǎn)石墨烯結(jié)構(gòu)中也存在類似的超導(dǎo)狀態(tài)。

該研究團(tuán)隊(duì)也是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)魔角石墨烯的團(tuán)隊(duì)。魔角石墨烯是由兩片石墨烯片疊放而成，兩層之間以1.1°的精確角度略微偏轉(zhuǎn)。這種被稱為“莫爾超晶格”的偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)在超低溫下將材料轉(zhuǎn)變?yōu)閳?jiān)固且持久的超導(dǎo)體。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，這種材料表現(xiàn)出一種被稱為“平帶”的電子結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中材料的電子具有相同的能量，而不管它們的動(dòng)量如何。在這種平帶狀態(tài)下，并且在超低溫下，電子集體減慢到足以配對(duì)成所謂的庫(kù)珀對(duì)——超導(dǎo)性的基本成分，可在沒(méi)有阻力的情況下流過(guò)材料。

哈佛大學(xué)的一個(gè)小組得出的計(jì)算結(jié)果在數(shù)學(xué)上證實(shí)，3個(gè)石墨烯層以1.6°偏轉(zhuǎn)，也會(huì)表現(xiàn)出平帶，由此表明它們可能是超導(dǎo)體。

研究表明，如果以預(yù)測(cè)的角度堆疊和偏轉(zhuǎn)，那么表現(xiàn)出超導(dǎo)性的石墨烯層的數(shù)量應(yīng)該沒(méi)有限制。最后，研究人員證明了他們可在數(shù)學(xué)上將每個(gè)多層結(jié)構(gòu)與一個(gè)常見(jiàn)的平帶結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)，從而有力地證明了平帶可能會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)大的超導(dǎo)性。(科技日?qǐng)?bào)實(shí)習(xí)記者 張佳欣)