如果它還不夠出色,物理學家已經找到了一種轉變「神奇材料」的新方法變成一個異常強大的,能夠以零電阻傳送電力。
石墨烯已經是一種超級成就——只有一個原子厚,它比鋼更強,比鑽石更硬,而且非常靈活。去年,情況變得更加令人驚奇,當時科學家找到了一種方法來釋放傳聞已久的超導能力。現在,科學家第一次證明他們可以實現一種新型的只需將石墨烯與其他超導體接觸即可。
超導性是一件大事,即使對於石墨烯這樣的天才材料也是如此。銀和銅等普通導體擅長傳輸電流,但穿過它們的電子仍然會被材料中的缺陷反彈,在移動過程中損失能量。
但在超導體內部,電子配對並作為一個整體在材料中移動,而不會因摩擦而損失任何能量。
這很重要,因為如果我們能夠找到一種在室溫下實現超導電性的方法,它將帶來效率大大提高的電子設備,更不用說電源線了。目前,能源公司正在失去約 7% 的能量由於電網中的電阻而產生熱量。
到目前為止,石墨烯僅在超冷狀態下才被證明具有超導性,這個新實驗也不例外。
但由於這種材料的其他顯著特性,這仍然值得興奮,因為有一天我們可以使用石墨烯來建造微型高速電子設備,而不會浪費任何能量作為熱量。
在最新的研究中,麻省理工學院的物理學家將一片石墨烯夾在鋁之間,鋁在低溫下表現出超導體的特性。
和
他們將整個裝置冷卻至 20 毫開爾文(-273.13 攝氏度或-459.6 華氏度)左右,開啟鋁的超導能力。
當這種情況發生時,研究小組表明,它導致石墨烯顯著改變其電子狀態,並實際上具有超導體的一些品質。
“[超導體]實際上賦予了石墨烯一些超導特性,”首席研究員 Landry Bretheau 表示。
“我們發現這些電子會受到超導體的顯著影響。”
最重要的是,石墨烯中的電子不再充當單獨的散射粒子,而是開始配對成所謂的“安德烈耶夫表示” - 這種配置允許傳統上不具有超導性的材料攜帶“超電流' 流動而不損失能量。
與傳統超導材料中的電子對不同,傳統超導材料稱為庫柏對,石墨烯中的電子實際上是出於挫折感而配對的,因為它們被三明治兩側的超導體拉向兩個不同的方向。
“超導體中的電子和諧地成對跳舞,就像芭蕾舞一樣,但左右超導體中的編排可能不同,”布雷託說。
「中央石墨烯中的配對在試圖滿足兩種舞蹈方式時會感到沮喪。這些受挫的配對就是物理學家安德烈耶夫所說的那樣;它們攜帶著超電流。”
這種效應最早是被預測的回到1962年由英國物理學家布萊恩·大衛·約瑟夫森提出,但這是第一次在石墨烯或任何二維材料中證明它是可能的。
也成功地將石墨烯轉變為超導體,而不受任何其他材料的影響。
但這項技術不僅提供了一種更簡單的方法來釋放石墨烯的超導能力,而且還開啟了研究石墨烯中可能出現的更有利可圖和奇異粒子的可能性。
特別感興趣的是馬約拉納費米子,被認為是源自安德列夫狀態,有一天可以用來建構強大的、防錯的。
“凝聚態物理學界付出了巨大的努力來尋找奇異的量子電子態,”布雷託說。
「特別是,稱為馬約拉納的新粒子預計會出現在連接到超導電極並暴露在大磁場中的石墨烯中。我們的實驗很有希望,因為我們正在統一其中一些成分。
該研究發表於自然物理學。