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科学家让石墨烯材料同时具备超导性和绝缘性

2021-05-06 15:31 · 稿源:cnbeta

石墨烯正在解锁更多的技能。来自苏黎世联邦理工学院的工程师们近日成功调整了这种成绩优异的材料,从而让片状材料的某些部分成为电绝缘体,而其他部分为超导体,两个部分之间仅有纳米的距离。该团队通过用石墨烯制作电子元件来证明这一突破。

就其所有的超能力而言,石墨烯看似简单--它是一个由交联的碳原子组成的二维薄片。但这使它成为电和热的优秀导体,而且它超级坚固和灵活。但是在2018年,麻省理工学院的一个团队发现了这个故事的一个奇怪的新变化。通过堆叠两层石墨烯,然后将它们精确地扭曲到偏离 1.06 度,这种材料变得绝缘--直到施加一定的电压,在这一点上它突然转换为超导。

后来人们将其称之为“魔角扭曲的双层石墨烯”,这种特殊形式的材料后来被发现表现出一种以前未曾见过的磁性,在另一项研究中,研究人员发现,如果有更多的薄片堆积在一起,效果会更加明显。

在新的研究中,苏黎世联邦理工学院的研究人员表明,他们可以将这种石墨烯的单一薄片同时变成绝缘体和超导体,不同的部分显示出不同的特性,相隔仅有纳米。该团队通过制造约瑟夫森结(两个超导体被一个超薄绝缘体隔开的装置)来展示新的石墨烯技术。

为了使石墨烯切换其导电性,该团队在不同的区域施加不同的电压。这样做,他们成功地创造了约瑟夫森结,即由两个被薄绝缘体隔开的超导体组成的电子元件。由于量子隧道的怪癖,极少量的电流将跳过绝缘体。

通常情况下,这些结是用几种不同的材料制成的,但研究人员能够在一片石墨烯上建立一个结。接下来,研究小组计划创建一个更先进的组件,称为超导量子接口设备(SQUID),它是由两个连接的约瑟夫森结组成的环形结构。这些可能对构建量子计算机有用。

Source: ETH Zurich

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