|
好的，哇！ 这是正式的：石墨烯(graphene)在自然状态下被做成超导体，意味着电流可以无阻力地流通。 去年，藉由在石墨烯添加钙原子，物理学家设法做出石墨烯的超导现象。但这是第一次研究人员实现这个材料的超导性，而不用去改变它。到目前为止，结果显示这个材料达成令人难以置信的罕见类型超导性，甚至比科学家预期的更加疯狂且更强大。 鑒于超导性是更高效率的电子、更好的电力网和新的医疗技术的关键，这项新研究是很重要的，甚至对一种和石墨烯一样具有天生令人印象深刻的材料。 研究人员之一、来自英国剑桥大学的杰生?罗宾森(Jason Robinson)说：「长久以来都假设在适当的条件下，石墨烯应该会经历超导相变(superconducting transition)，但其实不然。」 现在，他表示他的团队已经设法唤醒这种能力，而且石墨烯看起来不只是一个普通的超导体，它可能还以零电阻来传导电流，作为一种尚未证实且难以捉摸的超导性类型的结果；这种类型称为p波状态(p-wave state)。需要进一步的研究来确认这个结果，但这是一个相当引人兴趣的可能性。 已经是成果比预期还大，石墨烯是一个2维度的碳原子薄片，超弹性、比钻石还硬、比钢还坚固。 但自从2004年发现以来，研究人员怀疑石墨烯可能也有能力成为超导体，意味着它可以让电子来回快速穿梭，而根本没有任何电阻。 即使是很好的导体材料 与超导体相比，仍然是低效率的；例如，能源公司损失大约7％能源的热，和在电力网中，阻抗所造成的热一样。 我们已经使用超导材料来产生磁共振成像(MRI)仪器和磁悬浮列车所需要的强大磁场。但现在，这些材料只能在大约摄氏负269度(华氏负452.2度)下变成超导，这是非常昂贵的，而且完全不实际。 如果我们能够找到一种方法来实现超导性的持续，而且是在高温下，它将开启超级电脑在无电阻之下运作的可能性，以及更有效的医疗技术。而考虑到它的其他怪异和奇妙的特性，石墨烯通常被认为是实现超导性的首要候选标的。 藉由在晶格(lattice)中插入钙原子，研究人员在去年成功地让石墨烯成为超导体。而藉由将石墨烯放在一个超导材料上，其他团队达成类似的结果。 但在新的研究中，来自剑桥大学的研究人员能够在不受其他材料的影响下，活化石墨烯的休眠潜能。 团队成员之一的安杰洛?贝纳多(Angelo di Bernardo)说：「把石墨烯放在金属上，可以戏剧性地改变特性。因此，在技术上，不再表现如我们所预期的。」 「你所看到的并不是石墨烯固有的超导性，只不过是被位在下方的超导体所传递。」 取而代之的是，藉由与名为鐠铈氧化铜(praseodymium cerium copper oxide，PCCO)的材料耦合，这个团队实现石墨烯的超导性。 听起来可能和以前的实验类似，毕竟他们仍然把石墨烯放在另一种材料的顶部。但在这里的差异是，鐠铈氧化铜是一种名为铜酸盐(cuprate)的超导材料，它的电子特性已被充分的了解。 因此，这个团队能够清楚地从石墨烯的超导性中，区分出鐠铈氧化铜的超导性。 然后，他们看见的比所期待的还要疯狂 当电子结成对并且更有效地穿越材料时，就会产生超导性。 这些电子对的自旋定向(spin alignment)或对称性，是依据所涉及的超导性类型而改变。例如，在鐠铈氧化铜中，电子与反平行(antiparallel)的自旋状态配对，被称为d波状态(d-wave state)。 但是这个团队看见在石墨烯所发生的超导性，是有很大的不同。他们发现一种罕见且尚未被证实的超导性证据，称为p波状态。 罗宾森说：「换句话说，我们在石墨烯所看到的超导性类型，非常不同于在鐠铈氧化铜所看到的。」 「这是一个非常重要的步骤，因为这意味着我们知道超导性不是来自于外部。因此，鐠铈氧化铜只需要释放石墨烯固有的超导性。」 目前依然不清楚这个团队在石墨烯中释放出什么样的超导性，但是如果证实真的是难以理解的p波形，那么就能彻底地证明这种超导性存在，并且允许研究人员第一次正确地研究它。 P波超导性是在1994年首次被提出，当时日本研究人员发现它出现在名为钌酸锶(strontium ruthenate)的晶体材料中。但是这个晶体太大，以至于无法好好地研究，来达到科学家需要证实这个状态存在的类型证明。 如果是发生在石墨烯，这就很容易调查了。 罗宾森说：「如果石墨烯的确产生p波超导性，对于基础和应用研究领域来说，石墨烯可以被用来作为一整个全新范围的超导装置创新和探索的鹰架。」 「经由对p波超导性更好的理解，这类的实验必然会引导到新的科学，以及它如何在不同装置和环境中表现。」 不只是这样，这个团队还认为石墨烯可能是解开超导性在摄氏负269度(华氏负452.2度)以上的关键，而且可以被用在超级电脑的内部和其他科技中，使得效率更高。 其他的研究团队无疑地将在自己的实验室里竞相验证这个结果，并开始实验这个新的、被唤醒的石墨烯状态。那么，就请继续关注进一步的发展吧！ 这项研究发表于自然通讯(Nature Communications)期刊。 |
|
|
