綜合報道：美國能源部國家直線加速器實驗室(SLAC)和斯坦福大學的一項研究首次揭示了石墨烯插層復合材料的超導機制，并發(fā)現(xiàn)一種潛在的工藝能使石墨烯這個具有廣闊應用前景的“材料之王”獲得人們夢寐以求的超導性能。該研究有助于推動石墨烯在超導領域的應用，開發(fā)出高速晶體管、納米傳感器和量子計算設備。相關論文發(fā)表在3月20日出版的《自然通訊》雜志上。
石墨烯是一種呈蜂巢狀排列的單層碳原子結構，是目前已知的最薄、強度最高的物質，具有優(yōu)良的物理化學性能?？茖W家希望用石墨烯制成高速晶體管、傳感器乃至透明電極。此前，人們就已知道摻雜金屬原子的石墨烯插層材料具有二維超導性能。但科學家們一直無法確定超導性是來源于金屬、石墨烯還是兩者兼而有之。新研究首次通過令人信服的證據(jù)，證明了是石墨烯在其中起到了關鍵作用。為相關材料在納米級電子器件領域的應用鋪平了道路。
物理學家組織網(wǎng)3月21日的報道中稱，研究人員是通過強紫外線對一種名為鈣插層石墨烯(CaC6)的材料進行研究后得出上述結論的。CaC6是純鈣晶體與石墨發(fā)生化學反應所得到的石墨烯插層復合材料，由單層碳原子石墨烯和單層原子鈣交替復合而成。
研究人員將一份來自英國倫敦大學學院(UCL)的CaC6樣品在斯坦福同步輻射光源實驗室(SSRL)進行了分析。高強度的紫外線能夠幫助他們深入到材料內(nèi)部進行觀察，分清每層內(nèi)的電子是如何運動的。實驗顯示，電子在石墨烯和鈣原子層之間來回散射，與材料的原子結構發(fā)生自然振動并發(fā)生配對，從而獲得了無電阻的導電性。
領導此項研究的斯坦福材料和能源科學研究所(SIMES)研究生楊碩龍(音譯)說：“我們的工作開辟了一條讓石墨烯實現(xiàn)超導的途徑，這是科學界夢想了很久卻一直未能實現(xiàn)的目標。借助同步輻射光源我們第一次揭示了石墨烯插層材料的超導機制。”
他說，雖然超導石墨烯的應用在短期內(nèi)還難以實現(xiàn)，但其潛在的應用價值已經(jīng)不可限量，包括超高頻率模擬晶體管、納米傳感器及電子器件以及量子計算機在內(nèi)的眾多設備都有望因此成為現(xiàn)實。
編輯圈點
石墨烯曾被諾獎委員會譽為“完美的原子晶體”，導電性能出了名的好?？茖W家已經(jīng)在一些碳基材料中觀察到超導態(tài)，但對于石墨烯的超導性卻一直未有說法，因為無法確定樣本中包含超導特性的區(qū)域究竟是哪部分。而今科學家揭開其超導機制，盡管并非應用級研究，仍足以令材料物理界欣喜不已——因為這款用透明膠帶粘出來的看似并不“高大上”的材料，將因其展露出的新屬性，突破人類現(xiàn)有的物理極限。
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