这是官方的:已被制作成在自然状态下 - 这意味着电流可以零电阻流过它。
去年物理学家通过在石墨烯中掺杂钙原子成功地做到了这一点,但这是研究人员第一次实现在材料中,而不必改变它。 迄今为止的结果表明,这种材料实现了一种极其罕见的超导性,这种超导性比科学家预期的更疯狂、更强大。
即使对于像石墨烯这样天生令人印象深刻的材料来说,这项新研究也是一件大事,因为超导性是更高效的电子产品、更好的电网和新医疗技术的关键。
“长期以来,人们一直认为,在适当的条件下,石墨烯应该经历超导转变,但实际上却不能,”一位研究人员说,贾森·罗宾逊(Jason Robinson),来自英国剑桥大学。
现在,他说他的团队已经成功唤醒了这种能力。 石墨烯似乎不仅仅是一种普通的超导体——由于一种未经证实且难以捉摸的超导类型(称为 p 波态),它可以无电阻地传导电流。 需要进一步的研究来证实这一结果,但这是一个非常有趣的可能性。
已经是超额完成者,石墨烯是一种二维碳原子片,具有超柔韧性,比金刚石更硬,比钢更坚固。
但自 2004 年被发现以来,研究人员怀疑石墨烯也可能具有成为超导体的能力,这意味着它可以毫无阻力地在其中传输电子。
与超导体相比,即使是良导体的材料仍然效率低下 - 例如,能源公司损失了大约7%的能量由于电网中的电阻而产生热量。
我们已经使用超导材料来产生所需的强磁场机器和磁悬浮列车,但目前这些材料只有在大约–269 摄氏度(–452.2 华氏度),非常昂贵,而且不太实用。
如果我们能找到一种在高温下可持续实现超导性的方法,它将开启无阻力运行的超级计算机和更高效的医疗技术的可能性——考虑到所有因素,石墨烯通常被认为是实现这一目标的主要候选者。它的其他奇怪而奇妙的特性。
研究人员成功使石墨烯成为超导体去年通过插入钙原子进入它的格子。 其他团队通过将其放置在超导材料上也取得了类似的结果。
但在这项新研究中,剑桥大学的研究人员能够激活石墨烯的休眠潜力,而不受另一种材料的影响。
“将石墨烯放在金属上可以极大地改变其性能,因此从技术上讲它的行为不再像我们预期的那样,”团队成员之一安吉洛·迪·贝尔纳多 (Angelo di Bernardo) 说道。
“你看到的不是石墨烯固有的超导性,而只是底层超导体的传递。”
相反,该团队通过将其与一种名为镨铈铜氧化物(PCCO)的材料耦合来实现超导。
这听起来可能与之前的实验中发生的情况类似 - 毕竟,他们仍然将石墨烯放在另一种材料的顶部 - 但这里的区别在于 PCCO 是一种称为铜酸盐的超导材料,它具有众所周知的电子特性。
因此,该团队能够清楚地区分 PCCO 中的超导性和石墨烯中的超导性。
他们所看到的比他们想象的还要疯狂。
当电子配对并更有效地穿过材料时,就会产生超导性。
这些电子对的自旋排列或对称性根据所涉及的超导类型而变化。 例如,在 PCCO 中,电子与反平行的自旋态配对,称为 d 波态。
但研究小组在石墨烯中看到的情况却截然不同——他们发现了一种罕见且尚未证实的超导类型(称为 p 波态)发生的证据。
“换句话说,我们在石墨烯中看到的超导性与 PCCO 中的超导性非常不同。”罗宾逊说。
“这是非常重要的一步,因为这意味着我们知道超导性不是来自外部,因此 PCCO 只需要释放石墨烯固有的超导性。”
目前尚不清楚该团队究竟在石墨烯中释放了哪种超导性,但如果证实它确实是难以捉摸的 p 波形式,则可以一劳永逸地证明这种类型的超导性存在,并允许研究人员对其进行正确的研究首次。
P 波超导性为1994年首次提出,当时日本研究人员发现了一种叫做钌酸锶的晶体材料中存在这种现象的证据。 但这种晶体体积太大,无法对其进行足够好的研究,无法获得科学家确认该状态存在所需的证据。
如果这种情况发生在石墨烯中,那么研究就会容易得多。
“如果p波超导确实在石墨烯中产生,那么石墨烯可以用作基础和应用研究领域创建和探索全新系列超导器件的支架,”罗宾逊说。
“这样的实验必然会通过更好地理解 p 波超导性及其在不同设备和环境中的表现而带来新的科学。”
不仅如此,该团队还认为石墨烯可能是解锁上述超导性的关键–269 摄氏度(-452.2 华氏度),可用于超级计算机和其他技术以提高其效率。
毫无疑问,其他研究团队将竞相在自己的实验室中验证这一结果,并开始试验这种新的、唤醒状态的石墨烯,所以请关注这个领域。
该研究发表于自然通讯。