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2018年3月5日，《自然》连刊两文报道石墨烯超导重大发现。年仅21岁麻省理工学院博士生曹原发现了石墨烯的“魔角”。当温度冷却到绝对零度（-273°C）以上1.7°C时，当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度，就会产生神奇的超导效应。而前人的研究集中在氧化铜材料的超导电性，这往往需要在高温下才得以显现。该文章仅仅通过简单的双层石墨烯碳材料，提供了一个复杂超导物理的探索平台。 曹原近照 今天，研究人员已经在更容易获得的三层石墨烯片中发现了超导电性的迹象，有望借助三层石墨烯，更快帮助研究人员了解铜氧化物中的超导性。 “这绝对是一个令人兴奋的发展，”哥伦比亚大学物理学家Cory Dean说。Cory Dean指出，双层石墨烯只有在两个石墨烯层的原子晶格相对于彼此扭转了1.1°的“魔角”时才具有超导 -在已知的最薄材料上进行这项操作是非常困难的。“如果稍有偏离就行不通，” Cory Dean说。相反，三层石墨烯不必扭曲，每层的原子晶格与上面和下面的那些对齐，这在产生多层石墨烯时自然而然的形成这样的结构。 斯坦福大学的物理学家David Goldhaber-Gordon和加州大学伯克利分校的物理学家Feng Wang及其同事采用了现有标准的方法来分离石墨烯薄片。首先，将一块透明胶带粘在一大块石墨上 - 大多数铅笔中的成分- 然后对此进行剥离。通过撕胶带的方法（机械剥离法）。Feng Wang团队之前开创了一种技术，发现三层石墨烯中独特的光学特征。 机械剥离法制备石墨烯 然后，该团队将这些三层薄片作为制造电气设备的起始材料。它们将三层薄片夹在氮化硼层之间，使石墨烯与污染物隔离并防止其发生弯曲。在一些地方，氮化硼层中的原子与石墨烯层中的碳原子精确对齐，但是在几纳米之外它们是偏移的。在大约10纳米之后，层中的原子再次对齐，产生“莫尔”重复图案，其在扭曲的双层石墨烯中也是明显的。每个重复的莫尔晶胞除了材料本身的电子外，还可以容纳多达四个额外的电子，从而改变材料的导电性。 接下来，研究人员在薄片顶部构筑金属图案，用“栅极”构建晶体管，控制在材料中添加电子。通过操纵栅极上的电场，研究人员能够精确控制每个重复莫尔晶胞中存在电子数量。当他们向每个晶胞添加三个电子并将温度降至低于2K时，他们注意到电阻急剧下降，这是超导性的一个标志 ，他们今天发表在《Nature》。他们还注意到，当他们对样品外部施加磁场时，接近零的电阻消失了，这是超导的另一个迹象。“所有这些事情都会检查[超导性]的方框，”Goldhaber-Gordon说。但他补充说，这些信号还不确定，目前仍然存在两个问题：首先，电阻没有完全降至零，这可能是由于石墨烯薄片中的杂质导致的；其次，它可能无法实现大面积超导。 尽管如此，Goldhaber-Gordon指出，三个额外电子的表观超导性与传统的高温超导体（1986年发现的铜基材料）相似。对于Dean来说，这提高了三层石墨烯作为超导材料的希望。一个很好的模型系统，用于解决这个长期存在的谜团。他说，三层石墨烯提供了是一个清晰的研究系统，它提供了一种探索复杂物理学研究的简单方法。” 参考资料： https://www./articles/s41586-019-1393-y https://www./news/2019/07/trilayer-graphene-shows-signs-superconductivity |
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