温度在多高时发生的超导可算高温超导?石墨烯超导(MIT)尽管MIT团队的超导实验结果仍然是在极低温度(1.7K)下得到的,但他们认为石墨烯的这类超导性在常温下就有可能发生,因为它的微观机理与BCS理论不能解释的非常规“高温超导”现象是一致的。MIT团队的研究人员也比较了双层石墨烯超导态中的转变温度与电子对浓度的关系,进一步证实他们得到的石墨烯超导态不能用BSC常规理论来解释,而与铜氧化物等的所谓高温超导态更为接近。
石墨烯超导和21岁博士生:对科学的宣传要高调,对个人的宣传要低调 | 袁岚峰。曹原等人发现的偏转1.1度的双层石墨烯中1.7 K的超导,给高温超导提供了新线索。这个1.7 K的超导,本身没有实用价值,但是它给铜氧化物的超导提供了一条全新的线索。我们还不知道双层石墨烯和铜氧化物的超导机理是不是真的相同,也不知道铜氧化物的性质是不是都会出现在双层石墨烯当中,但是这些实验的结果已经给了我们足够的理由,来谨慎地庆祝一下。
魔角石墨烯超晶格结构。“我们在实验进行之初并不是为了研究超导电性,”Jarillo-Herrero解释道,“我们想要探索的是被称为魔角的方向性会如何影响石墨烯。因为根据一些专家的理论预测,若二维材料不同层间的原子以特定的角度偏移,那么在石墨烯莫尔超晶格中会出现有趣的电子性质。我们的直觉也告诉我们会有一些有趣的物理现象发生,但是实际我们发现的东西远远超出了我们的预期。”
石墨烯的载流子浓度相比已知的高温超导要低多个数量级,要实现石墨烯超导最简单的办法就是对其进行载流子掺杂,即引入碱金属或碱土金属等元素,但得到的结果并不令人满意,它的临界温度从0.15到11.5 K不等,距离室温超导遥不可及。由此看来,对石墨烯掺杂后的超导似乎没有高温超导的迹象。如此低的载流子浓度尚且能够实现超导,况且高温超导并不“高温”,常压下的高温超导临界温度最高也只有135 K,距离室温300 K依然遥远。
如何评价 MIT Pablo Jarillo-Herrero研究组在石墨烯超晶格体系中发现超导?需要说明一下,我们的文章中并没有强调做出了“高温超导”,因为显然1K的转变温度怎么样也谈不上高温,我们只是说在旋转双层石墨烯中产生超导的机理很可能和传统的高温超导材料(铜氧化物以及近年的铁基超导)有一定的类似性。他们把超导转变温度定义为高温电阻值的一半所对应的温度,得到的超导转变温度是1.7K。
美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家开发了一种石墨烯装置,它比人的头发还薄,还具有深度特殊的特性。
如果想要超导,你就扭扭石墨烯。石墨烯能出现超导行为并不新奇,研究人员此前曾通过将石墨烯与已知为超导体的材料相结合,或通过与其他元素进行化学拼接的方式,诱导出石墨烯的超导态。如果简单如石墨烯的超导性也是由相同机制引起的,那石墨烯也许可以成为理解高温超导现象的“罗塞塔石碑”(Rosetta stone)。不过,Lau认为需要更多信息才能确定诱导双层石墨烯实现超导的机制是否正是高温超导体背后的同一机制。
话说铜氧化物高温超导材料和大多数过渡金属氧化物一样属于陶瓷材料,其母体一般都是绝缘体。正是因为超导能隙的存在,才保证了超导态的稳定性,超导能隙一般在超导临界温度之下开始形成。铜氧化物高温超导材料的 d 波配对模式,以及可能不再单纯借助声子配对,说明高温超导电性已经不同于传统的金属合金超导体了,基于电子—声子相互作用的 BCS理论已经不足以描述高温超导现象,这是为何称之为非常规超导体的原因之一。
超导能隙一般在超导临界温度之下开始形成,然而铜氧化物高温超导体不走寻常路,即便在超导临界温度之上,体系也会打开一个“能隙”。铜氧化物高温超导材料的d波配对模式,它不再单纯借助声子配对,这说明高温超导电性已经不同于传统的金属合金超导体了,基于电子-声子相互作用的BCS理论已经不足以能够描述高温超导现象。这些只是部分例子,铜氧化物高温超导其实远不止这些奇怪现象,高温超导这朵“雾中花”充满神秘的魅力。
超导“小时代”(37):超导从“鱼”到“渔”科学网 罗会仟的博客 2018-11-12 14:22.如果能够连续调控非平庸拓扑态到超导态,那么将有可能实现拓扑超导体,借助超导态下的稳定电子配对和量子相干效应,可能出现一种反粒子为其自身的状态——马约纳拉零能模,它是拓扑量子计算的基本载体。此外,基于机器学习的人工智,在海量的超导材料数据库中,可以提炼出与高温超导密切相关的因素,从而预言出大量的新超导材料。
石墨烯研究的意外发现,是否能解开高温超导之谜。超导体大致可分为两种类型:可被主流超导理论解释的常规超导体,以及无法用主流理论解释的非常规超导体。最新的研究结果显示了石墨烯的超导行为是非常规的,并且表现出一些与另一种被称为铜氧化物的非常规超导体相似的属性。最后,尽管石墨烯要在超低温下才会表现出超导电性, 但它仅需电子密度是常规超导体的万分之一,就能在相同温度下获得超导能力。
麻省理工学院和哈佛大学的研究人员发现,它既可作为绝缘体(电荷无法通过材料),又可作为超导体(电子毫无障碍地通过材料,电阻为零)。此后,科学家接连发现石墨烯具有令人震惊的性能。之前,科学家通过向超导体金属掺杂石墨烯,合成石墨烯超导体——这样一来,石墨烯会“继承”超导体特性。这回,研究人员发现:将两叠石墨烯叠在一起,并旋转至1.1度,它将呈现出类似莫特绝缘体的绝缘效果——无论动量如何,所有电子携带相同能量。
超导世界没有单身汪。其中,赵忠贤院士在此之前还因在高温超导领域做出的杰出贡献而获得过两次国家自然科学奖一等奖。那么,究竟什么是超导呢?超导,顾名思义,是物质的一种导电能力很强的状态,在超导态下物质的电阻为零。(注意,不是电阻接近零,是电阻就是等于零)人们把处于超导状态的导体称为超导体。对于高温超导体的配对机制,人们正在探索着,而可以确定的一点是,高温超导中依然是存在配对的。
超导“小时代”(15):阳关道、醉中仙2017-1-9 21:45 科学网 罗会仟博客 (收藏有删减) 超导“小时代”(15):阳关道、醉中仙。除了铋氧化物和钌氧化物之外,还存在大量的具有类似氧八面体或四面体结构的氧化物材料(整体形貌是立方体或长方体),典型体系有铱氧化物、钛氧化物、铌氧化物、锇氧化物等。无独有偶,在铁基超导材料中,一类铁硒/铁碲/铁硫化合物在“喝酒”情况下也出现超导或者改善超导性能。
仔细对比铜氧化物超导体的结构就会发现,其实铜氧化物超导体也同样属于含氧八面体的钙钛矿这一大类材料,只是它们的超导电性比较特殊罢了。除了铋氧化物和钌氧化物外,还存在大量的具有类似氧八面体或四面体结构的氧化物材料,这些材料整体形貌是立方体或长方体,人们多年以来也在其中不断探索和寻找可能的超导体。无独有偶,在铁基超导材料中,一类铁硒/铁碲/铁硫化合物在“喝酒”情况下也会出现超导或者改善超导性能。
进展 | 具有强自旋-轨道耦合的钙钛矿铱氧化物体系中可能实现Slater绝缘体。这种由强自旋-轨道耦合和电子关联能共同作用造成的绝缘基态称为SOC-Mott绝缘体。如图3所示,Sr2IrO4是Ruddlesden-Popper系列Srn+1IrnO3n+1中n = 1化合物,具有TN = 240 K的反铁磁绝缘体基态,尽管最近有理论研究指出其可能为Slater绝缘体,然而其电阻率在TN处没有表现出明显的带隙打开的反常,因此关于Slater绝缘体的基态一直存在争议。
进展 | 铜氧化物高温超导体中发现新颖电荷有序态。铜氧化物高温超导体通常在高于液氮温度(77K)的区域内实现超导,相比于液氦温区(4.2K)的传统超导体,其应用范围更广阔,可用来制造输电线、变压器、量子计算、强磁场磁体等。而高温超导体的正常态却不正常。而在高场时,在反铁磁相消失之际,出现了电荷密度波(CDW)相,电荷密度波的临界温度是反铁磁临界温度的延伸且与赝能隙(psudeogap,黄色曲面)温度成比例。
科学家得到了一种新的高温超导体,但超导机制究竟是如何形成的?1986年,科学家发现了第一种高温超导体,相比于常规的金属超导体,高温超导体的转变温度要高得多。然而,在很长一段时间里,只有铜氧化物才会表现出高温超导性,而人们对高温超导的物理机制也一直未能取得共识。这可能会彻底改变我们对铜酸盐和类铜酸盐系统的高温超导性的理解。
麻省理工学院(MIT)的Pablo Jarillo-Herrero及其同事催生了扭转技术(Twistronics),这是一种非常有前景的全新技术,通过旋转相邻两层石墨烯来调控石墨烯的电性质。双层石墨烯是通常以特定方式堆叠在一起的两层石墨烯。名古屋大学Keiichiro Imura、Kazuhiko Deguchi等、丰田工业大学Tsunehiro Takeuchi、丰田理化学研究所Tsutomu Ishimasa等研究人员首次发现超导准晶体——金属合金准晶体在温度低于0.05 K时是一种超导体。
22岁中国博士登《自然》榜首:少年班模式要不要继续?因为中国一直在探索培养天才少年的方法和教育过程,14岁的曹原从深圳耀华实验学校,考入蜚声中外的中国科学技术大学少年班,并入选“严济慈物理英才班”,18岁从中科大本科毕业,前往美国攻读博士。但由于少年班的宁铂后来出家等情况,人们对天才少年过早培养颇多质疑,认为少年班不利于少年的身心健康成长,给学校和社会造成人力、财力的巨大浪费。
有机超导体均属于“施主有机超导体”(主动贡献导电电子),其体系都含有苯环或者嵌有硫/硒的苯环。和零维的C60分子超导体一样,二维的石墨超导体和三维的金刚石超导体基本上都属于BCS常规超导体,它们的临界温度都不高。由6个碳原子构成的苯环非常有趣,它可以形成多个苯环的链状结构,也可以堆积成拼接堆积结构,按照苯环个数分别是苯(1)、萘(2)、蒽/菲(3)、芘(4)、二萘并苯/苉(5)、六苯并苯(6)、二苯并五苯(7)等。
三层石墨烯摩尔超晶格中的可调超导性特征。近期,美国劳伦斯-伯克利国家实验室的王枫、复旦大学的张远波以及斯坦福大学的D. Goldhaber-Gordon(共同通讯作者)等人发表文章报道了在ABC-三层石墨烯(TLG)以及六方氮化硼(hBN)摩尔超晶格中发现可调超导性特征。这一成果表明,ABC-TLG/hBN作为一种模型系统,能够为深入探索三角Hubbard模型中出现的关联行为提供可能性。图1 ABC-TLG/hBN超晶格中的莫特绝缘体。
科学家在“魔角”石墨烯中,发现了84年前预言的维格纳晶体。这项研究的主要作者Bikash Padhi解释说:“将一层石墨烯扭转一定角度放在另一层石墨烯上,两层蜂巢结构彼此抵消而出现摩尔纹。MIT团队通过向双层石墨烯中注入电子,得到了新的物相,这可以通过研究摩尔纹上额外掺杂的电子来理解。通过增加电子密度,MIT团队观察到,如果一个摩尔元胞中包含2到3个电子时,材料表现为绝缘态。他们认为这是莫特绝缘体的例子。”
1980年时,有人发现了铜氧化物,这种材料达到超导状态的最高温度,约为133K(-140oC),但是铜氧化物结构难以调整,无法实现超导机制,在超导体的研究上这只是进步了一小步。诺贝尔奖获得者RobertB.Laughlin说:物理学家们已经在黑暗(超导研究)中,徘徊了30年,试图解开铜氧化物超导的秘密。2018年3月5日,这个重磅消息瞬间引爆全球,让全世界学者都望尘莫及的《Nature》,竟然一天之内连续刊登了两篇,他的关于石墨烯超导的论文!
轰动业界的新发现:石墨烯扭转“角度”可变超导体。英国《自然》杂志日前连发两篇物理学重磅论文,报告了麻省理工学院(MIT)科学家对非常规超导材料的行为的新见解,这一发现轰动业界,被称为石墨烯超导的重大进展。也就是说,研究团队在两层石墨烯中发现了新的电子态,其可以简单实现绝缘体到超导体的转变,而其属性与铜氧化物(其结构往往难以调整)的高温超导类似。
科学家发现改变石墨烯的堆叠角度,即可让其变成超导体。英国《自然》杂志日前连发两篇物理学重磅论文,报告了麻省理工学院(MIT)科学家对石墨烯一种新特性的重大发现——石墨烯可通过不同角度的堆叠方式在绝缘体和超导体之间转换。也就是说,研究团队在两层石墨烯中间发现了新的电子态,其可以简单实现绝缘体到超导体的转变,而其属性与铜氧化物(其结构往往难以调整)的高温超导类似。
超导磁体所谓超导磁体是指采用超导线材或者带材绕制而成的用以产生磁场的超导线圈,超导磁体具有稳定性好、能耗低、磁场强等优势。EAST全超导托卡马克欧洲大型强子对撞机(LHC)超导量子干涉仪(SQUID)超导磁悬浮超导磁悬浮的原理是利用了超导体的完全抗磁性,由于超导体会将外部磁场的磁通线排出体外,因此当磁体靠近超导体时会受到很强的排斥力,当排斥力与重力抵消就实现了超导悬浮。