如果它还不够出色,物理学家已经找到了一种转变“神奇材料”的新方法变成一个异常强大的,能够以零电阻输送电力。
石墨烯已经是一种超级成就——只有一个原子厚,它比钢更强,比金刚石更硬,而且非常灵活。去年,情况变得更加令人惊奇,当时科学家们找到了一种方法来释放传闻已久的超导能力。现在,科学家第一次证明他们可以实现一种新型的只需将石墨烯与其他超导体接触即可。
超导性是一件大事,即使对于石墨烯这样的天才材料来说也是如此。银和铜等普通导体擅长传输电流,但穿过它们的电子仍然会被材料中的缺陷反弹,在移动过程中损失能量。
但在超导体内部,电子配对并作为一个整体在材料中移动,而不会因摩擦而损失任何能量。
这很重要,因为如果我们能够找到一种在室温下实现超导性的方法,它将带来效率大大提高的电子设备,更不用说电源线了。目前,能源公司正在失去大约 7% 的能量由于电网中的电阻而产生热量。
到目前为止,石墨烯仅在超冷状态下才被证明具有超导性,这个新实验也不例外。
但由于这种材料的其他显着特性,这仍然值得兴奋,因为有一天我们可以使用石墨烯来构建微型高速电子设备,而不会浪费任何能量作为热量。
在最新的研究中,麻省理工学院的物理学家将一片石墨烯夹在铝之间,铝在低温下表现出超导体的特性。
和
他们将整个装置冷却至 20 毫开尔文(-273.13 摄氏度或-459.6 华氏度)左右,开启铝的超导能力。
当这种情况发生时,研究小组表明,它导致石墨烯显着改变其电子状态,并实际上具有超导体的一些品质。
“[超导体]实际上赋予了石墨烯一些超导特性,”首席研究员兰德里·布雷托 (Landry Bretheau) 表示。
“我们发现这些电子会受到超导体的显着影响。”
最重要的是,石墨烯中的电子不再充当单独的散射粒子,而是开始配对成所谓的“安德烈耶夫表示” - 这种配置允许传统上不具有超导性的材料携带“超电流' 流动而不损失能量。
与传统超导材料中的电子对不同,传统超导材料被称为库珀对,石墨烯中的电子实际上是出于挫败感而配对的,因为它们被三明治两侧的超导体拉向两个不同的方向。
“超导体中的电子和谐地成对跳舞,就像芭蕾舞一样,但左右超导体中的编排可能不同,”布雷托说。
“中央石墨烯中的配对在试图满足两种舞蹈方式时会感到沮丧。这些受挫的配对就是物理学家安德烈耶夫所说的那样;它们携带着超电流。”
这种效应最早是被预测到的回到1962年由英国物理学家布莱恩·大卫·约瑟夫森提出,但这是第一次在石墨烯或任何二维材料中证明它是可能的。
还成功地将石墨烯转变为超导体,而不受任何其他材料的影响。
但这项技术不仅提供了一种更简单的方法来释放石墨烯的超导能力,而且还开辟了研究石墨烯中可能出现的更有利可图和奇异粒子的可能性。
特别感兴趣的是马约拉纳费米子,被认为源自安德列夫状态,有一天可以用来构建强大的、防错的。
“凝聚态物理学界付出了巨大的努力来寻找奇异的量子电子态,”布雷托说。
“特别是,称为马约拉纳的新粒子预计会出现在连接到超导电极并暴露在大磁场中的石墨烯中。我们的实验很有希望,因为我们正在统一其中一些成分。”
该研究发表于自然物理学。