這是官方的:已被製作成在自然狀態下 - 這意味著電流可以零電阻流過它。
去年物理學家透過在石墨烯中摻雜鈣原子成功地做到了這一點,但這是研究人員第一次實現在材料中,而不必改變它。 迄今為止的結果表明,這種材料實現了一種極為罕見的超導性,這種超導性比科學家預期的更瘋狂、更強大。
即使對於像石墨烯這樣天生令人印象深刻的材料來說,這項新研究也是一件大事,因為超導電性是更有效率的電子產品、更好的電網和新醫療技術的關鍵。
「長期以來,人們一直認為,在適當的條件下,石墨烯應該經歷超導轉變,但實際上卻不能,」一位研究人員說,賈森·羅賓遜(Jason Robinson),來自英國劍橋大學。
現在,他說他的團隊已經成功喚醒了這種能力。 石墨烯似乎不僅僅是一種普通的超導體——由於一種未經證實且難以捉摸的超導類型(稱為 p 波態),它可以無電阻地傳導電流。 需要進一步的研究來證實這一結果,但這是一個非常有趣的可能性。
已經是超額完成者,石墨烯是一種二維碳原子片,具有超柔韌性,比鑽石更硬,比鋼更堅固。
但自 2004 年被發現以來,研究人員懷疑石墨烯也可能具有成為超導體的能力,這意味著它可以毫無阻力地在其中傳輸電子。
與超導體相比,即使是良導體的材料仍然效率低下 - 例如,能源公司損失了大約7%的能量由於電網中的電阻而產生熱量。
我們已經使用超導材料來產生所需的強磁場機器和磁浮列車,但目前這些材料只有在大約?269攝氏度(452.2 華氏度),非常昂貴,而且不太實用。
如果我們能找到一種在高溫下可持續實現超導性的方法,它將開啟無阻力運行的超級電腦和更高效的醫療技術的可能性——考慮到所有因素,石墨烯通常被認為是實現這一目標的主要候選者。
研究人員成功使石墨烯成為超導體去年透過插入鈣原子進入它的格子。 其他團隊透過將其放置在超導材料上也取得了類似的結果。
但在這項新研究中,劍橋大學的研究人員能夠活化石墨烯的休眠潛力,而不受另一種材料的影響。
“將石墨烯放在金屬上可以極大地改變其性能,因此從技術上講它的行為不再像我們預期的那樣,”團隊成員之一安吉洛·迪·貝爾納多 (Angelo di Bernardo) 說道。
“你看到的不是石墨烯固有的超導性,而只是底層超導體的傳遞。”
相反,該團隊透過將其與一種名為镨鈰銅氧化物(PCCO)的材料耦合來實現超導。
這聽起來可能與之前的實驗中發生的情況類似- 畢竟,他們仍然將石墨烯放在另一種材料的頂部- 但這裡的區別在於PCCO 是一種稱為銅酸鹽的超導材料,它具有眾所周知的電子特性。
因此,該團隊能夠清楚地區分 PCCO 中的超導電性和石墨烯中的超導性。
他們所看到的比他們想像的還要瘋狂。
當電子配對並更有效地穿過材料時,就會產生超導性。
這些電子對的自旋排列或對稱性會根據所涉及的超導類型而變化。 例如,在 PCCO 中,電子與反平行的自旋態配對,稱為 d 波態。
但研究小組在石墨烯中看到的情況卻截然不同——他們發現了一種罕見且尚未證實的超導類型(稱為 p 波態)發生的證據。
“換句話說,我們在石墨烯中看到的超導性與 PCCO 中的超導性非常不同。”羅賓遜說。
“這是非常重要的一步,因為這意味著我們知道超導性不是來自外部,因此 PCCO 只需要釋放石墨烯固有的超導性。”
目前尚不清楚該團隊究竟在石墨烯中釋放了哪種超導性,但如果證實它確實是難以捉摸的p 波形式,則可以一勞永逸地證明這種類型的超導性存在,並允許研究人員對其進行正確的研究首次。
P 波超導性為1994年首次提出,當時日本研究人員發現了一種稱為釕酸鍶的晶體材料中存在這種現象的證據。 但這種晶體體積太大,無法對其進行足夠好的研究,無法獲得科學家確認狀態存在所需的證據。
如果這種情況發生在石墨烯中,那麼研究就會容易得多。
“如果p波超導確實在石墨烯中產生,那麼石墨烯可以用作基礎和應用研究領域創建和探索全新系列超導器件的支架,”羅賓遜說。
“這樣的實驗必然會透過更好地理解 p 波超導性及其在不同設備和環境中的表現而帶來新的科學。”
不僅如此,該團隊還認為石墨烯可能是解鎖上述超導性的關鍵?269攝氏度(-452.2 華氏度),可用於超級電腦和其他技術以提高其效率。
毫無疑問,其他研究團隊將競相在自己的實驗室中驗證這一結果,並開始試驗這種新的、喚醒狀態的石墨烯,所以請關注這個領域。
該研究發表於自然通訊。