“最大的爆炸” - 物理学家在扭曲的石墨烯“nanosandwich”中创造可调性超导

结构可以揭示高温超导性所需的条件。

当两张石墨烯在彼此的彼此以直角堆叠时，将分层结构变形成一个非传统的超导体，允许电流通过而不会阻力或浪费的能量。

在2018年，在2018年在Pablo Jarillo-Herrero，Cecil和Mit的Ida Green教授的第一次观察到双层石墨烯的“魔法角”转换。从那以后，科学家们已经搜索了其他可以类似地扭曲成超导性的材料，在“扭曲的扭曲学”的新兴领域中。在大多数情况下，除了原始扭曲的双层石墨烯之外，没有其他扭曲材料表现出超导性，直到现在。

在纸上出现的杂文中，Jarillo-Herrero及其小组报告在三个石墨烯片的三明治中观察超导，其中间层以一个新的角度相对于外层扭曲。这种新的三层配置表现出比其双层对应更稳健的超导性。

研究人员还可以通过施加和改变外部电场的强度来调整结构的超导性。通过调整三层结构，研究人员能够产生超强耦合的超导性，这是在任何其他材料中很少看到的异国电气行为。

“如果魔角双层石墨烯是一个特殊的东西，但尚不清楚，但现在我们知道它并不孤单; Jarillo-Herrero说，它在三层案中有一个堂兄。““这种超个子超级导体的发现将扭曲型磁场延伸到完全新的方向，具有量子信息和传感技术的潜在应用。”

他的共同作者是领导作者jeong Min Park和MIT的元曹，以及日本国家材料科学研究所的Kenji Watanabe和Takashi Taniguchi。

本艺术家的再现显示了魔法角扭曲三层石墨烯，由三个蜂窝格子组成。紧密结合的电子（由蓝色光环连接的黄色球体）表示新的结构强烈耦合的超导状态。

在Jarillo-Herroero和他的同事发现之后不久发现，可以在扭曲的双层石墨烯中产生超导性，所以理论提出了相同的现象在三层或更多层石墨烯中可能会看到相同的现象。

一片石墨烯是石墨的原子薄层，完全由布置在蜂窝格子中的碳原子，如最薄，最肥的鸡丝。理论主义者提出，如果像夹层一样堆叠三张石墨烯，则在相对于外层旋转1.56度的中间层，扭曲的构造将产生一种对称，这将鼓励材料中的电子以配对没有阻力的流动 - 超导性的标志。

“我们想，为什么不，让我们试一试试验这个想法，”Jarillo-Herrero说。

通过小心地将单囊图石墨烯仔细切割成三个部分，并以理论主义者预测的精确角度堆叠在三个部分中并将每个部分堆叠在三个部分中并堆叠各个部分。

它们制作了几个三层结构，每个三层结构测量跨越几微米（大约1/100的人头发的直径），三个原子高。

“我们的结构是一个纳斯曼德维奇，”Jarillo-Herrero说。

然后将电极连接到结构的任一端，并通过电流通过，同时测量材料中丢失或散发的能量。

“我们看到没有能量消散，这意味着它是超导体，”Jarillo-Herrero说。“我们必须向理论家提供信任 - 他们得到了角度吧。”

他补充说，结构的超导性的确切原因 - 无论是由于其对称性，因为所提出的理论家，还是仍有待观察，并且研究人员计划在未来的实验中进行测试。

“目前我们有相关，而不是因果关系，”他说。“现在，至少我们有一条道路可以根据这种对称性想法来探索大家庭的新超导体。”

“最大的爆炸”

在探索其新的三层结构方面，团队发现他们可以以两种方式控制其超导性。利用以前的双层设计，研究人员可以通过应用外部栅极电压来改变流过材料的电子数量来调谐其超导性。随着向上和向下拨栅极电压，它们测量了材料停止耗散能量并且变得超导的临界温度。通过这种方式，该团队能够打开和关闭双层石墨烯的超导性，类似于晶体管。

该团队使用相同的方法来调谐三层石墨烯。他们还发现了一种控制材料的超导性，其在双层石墨烯和其他扭曲的结构中不可能。通过使用附加电极，研究人员可以应用电场以改变结构的三层之间的电子分布，而不改变结构的整体电子密度。

“这两个独立的旋钮现在向我们提供了许多关于超导出现的条件的信息，这可以提供对关键物理学的洞察力，这是对形成这种不寻常的超导状态的关键物理学，”公园说。

使用两种方法来调整三层结构，团队在一系列条件下观察到超导性，包括在3个开塞尔蛋白的相对高的临界温度下，即使当材料具有低密度的电子密度。相比之下，被探索为量子计算的超导体的铝具有更高的电子密度，并且仅在约1个开尔文中变得超导。

“我们发现魔法角三层石墨烯可以是最强的耦合超导体，这意味着它在相对较高的温度下的超导，鉴于它可以拥有多少，”Jarillo-Herrero说。“它为你的巴克提供了最大的爆炸。”

研究人员计划用三层以三层制造扭曲的石墨烯结构，以了解这种配置，具有更高的电子密度，可以在较高温度下表现出超导性，甚至接近室温。

“如果我们能够在现在，我们可以以工业规模制造这些结构，我们可以制造量子计算的超导位，或低温超导电子，光电探测器等。我们尚未将其中数十亿美元的时间介绍， “Jarillo-Herrrero说。

“我们的主要目标是p出来基本的性质是基础的强烈耦合超导，”公园说。“三层石墨烯不仅是有史以来最强大的超导体，而且是最可调的超导体。随着这种可调性，我们可以真正探索超导性，在相位空间中的各地。“

参考：“魔法角扭曲三层石墨烯的可调谐强烈耦合超导”，由JEONG MIN PARK，YUAN CAO，KENJI WATANABE，Takashi Taniguchi和Pablo Jarillo-Herrero，1月2021年，Nature.Doi：
10.1038 / S41586-021-03192-0

这项研究部分受到能源部，国家科学基金会，戈登和贝蒂摩尔基金会的支持，而拉蒙竞标基金会。