研究人員們與歐洲的石墨烯旗艦證明了，超導(dǎo)電流在二維石墨烯材料的石墨烯片邊緣之間的反彈，而不出現(xiàn)散射。這是首次在一個(gè)二維系統(tǒng)里超導(dǎo)電流，直接觀察到電子波的彈道鏡像，這可能引發(fā)使用基于石墨烯的約瑟夫遜結(jié)的應(yīng)用，如先進(jìn)的數(shù)字邏輯電路，超靈敏的磁力計(jì)和伏特計(jì)。
甲約瑟夫遜結(jié)是通過(guò)把兩個(gè)超導(dǎo)層間夾一層薄的非超導(dǎo)材料而制成。糾纏的超導(dǎo)電子對(duì)被稱為庫(kù)珀對(duì)，其在某些特定情況下，能夠無(wú)阻力地通過(guò)絕緣或部分絕緣中間層。
無(wú)電阻電流在臨界電流會(huì)出現(xiàn)，高于該電流，隨時(shí)間變化的(交流)電壓被設(shè)置穿過(guò)結(jié)點(diǎn)。檢測(cè)和測(cè)量電流狀態(tài)的變化，是許多應(yīng)用利用約瑟夫森結(jié)的基礎(chǔ)。
電子邏輯電路可以通過(guò)約瑟夫遜結(jié)的陣列構(gòu)成，其也可用于超導(dǎo)量子干涉器件(SQUIDs)。SQUIDs對(duì)電磁場(chǎng)極其敏感，可以形成磁力，可用于測(cè)量低至幾阿托特斯拉(10-18T)的場(chǎng)，以及響應(yīng)小到皮伏特(10-12V)的電勢(shì)差。
這種超敏感器件的實(shí)際應(yīng)用包括，在大腦、心臟和地球物理研究中測(cè)量電流的設(shè)備。軍事上的應(yīng)用包括遠(yuǎn)程潛艇的探測(cè)。
在最新一期的《Nature Nanotechnology》雜志里，由Graphene Flagship的成員LievenVandersypen領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際物理學(xué)家研究小組，Lieven是代爾夫特的Kavli納米科學(xué)研究院中的一個(gè)成員，他們明確的論證了約瑟夫森結(jié)在石墨烯中的重要性，石墨烯是碳原子的一種排列成六邊形格子的二維同素異形體。在論文中，主要作者是Victor Calado和SrijitGoswami，研究者研究的是石墨烯中的超導(dǎo)電流，用電子來(lái)鏡面反射由鉬錸組成的一維邊緣觸點(diǎn)。
在實(shí)驗(yàn)中使用的是超潔凈石墨烯——為了保證材料的獨(dú)特電性能要求——通過(guò)絕緣2d六方氮化硼薄片來(lái)封裝，以屏蔽環(huán)境污染。然后這三層疊層被切成所希望的形狀，石墨烯與超導(dǎo)合金相接觸。
正如光在兩面鏡子之間來(lái)回彈跳，導(dǎo)致了由入射光的疊加和反射電磁波而產(chǎn)生的干涉模式，電子可以從一個(gè)超導(dǎo)體的邊緣反射。不同的是，電子干擾僅在超凈樣品中被觀察到，在其中帶電粒子有可能在材料中以彈道軌跡移動(dòng)，并因?yàn)殡s質(zhì)而產(chǎn)生最小散射。
這是Calado, Goswami和他的同事在他們的裝置中觀察到的現(xiàn)象，并帶有一個(gè)引人注目的超導(dǎo)模擬。在他們的這篇《Nature Nanotechnology》論文中，研究者參閱臨界電流振蕩，作為承載電流的電子和電子空穴的相位干涉的結(jié)果。這是由反射鏡的點(diǎn)之間的諧振 (Fabry-Pérot)腔的形成而引起。此外，較大的超電流也被觀察到，行進(jìn)達(dá)1.5微米以上距離。研究人員認(rèn)為，這是第一次直接觀察石墨烯的彈道鏡像超電流。
“這項(xiàng)工作使我們能夠揭開(kāi)超導(dǎo)相互作用的最新物理原理，以及石墨烯中電子的相對(duì)論行為，”Goswami說(shuō)。 “有了這項(xiàng)技術(shù)，我們可以在一個(gè)新的令人興奮的領(lǐng)域研究和開(kāi)發(fā)石墨烯約瑟夫森結(jié)。”
下載文檔
