在魔角石墨烯中有过多的状态

 

ICFO的一组研究人员利用扭曲的双层石墨烯揭开了之前未观测到的一系列状态，从超导态到绝缘态，再到新的磁态和拓扑态。这项研究发表在《自然》杂志上。

 

去年，石墨烯在头条新闻中引起了另一场大轰动。科学家们发现，只要将石墨烯的两层薄膜一层叠一层地旋转，它就可以像超导体一样运行，电流可以无阻力地流动。这个新阶段的物质被认为只有当出现两个石墨烯层互相之间的扭曲角的1.1º(不多也不少)——所谓的魔法角,绝缘子,总是伴随着神秘相关阶段,类似于神秘的铜酸盐高温超导体中观察到。天富注册链接

 

现在，来自巴塞罗那ICFO的研究人员已经成功地极大地改善了这种装置的设备质量，在此过程中，他们偶然发现了一些更大的、完全出乎意料的东西。他们能够观察到大量以前未观测到的超导态和相关态，以及一组全新的磁态和拓扑态，开启了一个全新的、更丰富的物理学领域。

 

扭曲双层石墨烯结构

 

设备特写(扭曲的双层石墨烯结构在正方形的黑色中心区域)。信贷:©ICFO

 

室温超导性是许多技术目标的关键，例如高效电力传输，无摩擦列车，甚至量子计算机等等。当超导电性在100多年前被发现时，只有在温度降到接近绝对零度的物质中才有可能存在。然后，在80年代后期，科学家们通过使用一种叫做铜酸盐的陶瓷材料发现了高温超导体。

 

尽管制造超导体很困难，而且需要应用极端条件(非常强的磁场)来研究这种材料，但基于这一进展，该领域在科学家中就像圣杯一样迅速发展起来。自去年以来，这一领域的兴奋点增加了。与铜酸盐相比，碳的双层单层之所以吸引了研究人员，是因为其结构的简单性已成为探索超导复杂物理的绝佳平台。天富注册链接

 

魔角石墨烯实验装置

 

近距离的装置放置在一块，随后调整到实验设置。信贷:©ICFO

 

这项新研究最近发表在《自然》杂志是由ICFO研究者刘晓波,切赫Stepanov,穆罕默德·阿里阿米尔,Ipsita Das, ICFO Dmitri Efetov教授领导的支持下ICFO Adrian Bachtold教授的研究实验室,和与一个跨学科的合作集团从标准以内,中国科学院,日本国家材料科学研究所。在他们的实验中,使用“撕裂和堆栈”范德瓦耳斯组装技术,科学家们在ICFO能够工程师两个堆叠层的石墨烯,只有1.1º-魔角旋转。然后，他们使用机械清洗过程挤压出杂质，并释放层与层之间的局部张力。在此过程中，他们能够获得异常干净的扭曲石墨烯双层膜，降低了无序度，解决了众多脆弱的相互作用效应。

 

Dmitri Efetov和Xiaobo Lu

 

Dmitri Efetov(左)和Xiaobo Lu(右)在设置前拿着设备。信贷:©ICFO

 

通过改变装置内部的电荷载流子密度与附近的电容,然后他们看到材料可以从行为作为绝缘体,调整行为作为一个超导体,甚至一个异国情调的轨道磁铁与非平凡的拓扑结构——从未观察阶段。更令人震惊的是，该装置以超导体最低的载流子密度进入超导状态，这在该领域是一个全新的突破。

 

该研究的第一作者吕晓波对这个结果感到非常兴奋，他说:“让我们惊讶的是，我们观察到这个系统似乎在许多新的州之间竞争。通过调整最低两个平坦莫尔带内的载流子密度，系统呈现出相互关联的状态和超导交替，外加奇异的磁性和带拓扑。我们还注意到，这些状态对设备的质量非常敏感，即两层石墨烯之间扭曲角度的准确性和均匀性。”

 

最后但并非最不重要的是，在本实验中，研究人员还能够将超导转变温度提高到3开尔文以上，达到了创纪录的数值，是此前报道的魔法角石墨烯器件研究的两倍。正如ICFO教授Dmitri Efetov所评论的，“我们从来没有想过仅仅通过调整电子门就能看到这么多不同的状态。