石墨烯超导重大发现!中科大少年班校友Nature连发两文!

Nature杂志在2018年3月5日以背靠背的长文形式,在网站刊登了这项还没来得及排版的重大研究成果,并配以Eugene J. Mele的评述。

2018年3月5日,Nature杂志连续刊登了麻省理工学院(MIT)Pablo Jarillo-Herrero和曹原的两篇文章,发表了其团队在石墨烯超导领域的重大发现。宾夕法尼亚大学的Eugene J. Mele专门发文对此进行评述。

图片

Pablo Jarillo-Herrero(左)和Yuan Cao(右)

范德华异质结构是二元构筑单元垂直堆叠而成,在二维材料丰富的功能性基础上,可以实现更多的工程化操纵。其中一个方向,就是通过控制层间扭曲角度,来调控范德华异质结的电子结构。曹原所在团队在魔角扭曲的双层石墨烯中发现新的电子态,可以简单实现绝缘体到超导体的转变,打开了非常规超导体研究的大门。这项研究成果为超导研究带来了新思路,也为全新电学性能的探索和工程化提供了良好的研究平台。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/nature26160

https://www.nature.com/articles/nature26154

图片

Nature杂志在2018年3月5日以背靠背的长文形式,在网站刊登了这项还没来得及排版的重大研究成果,并配以Eugene J. Mele的评述。

图片

图1. 不同角度扭曲的双层石墨烯

Cao等人发现,堆叠的双层石墨烯中,电学行为对原子排列非常敏感,影响层间电子移动。对于物理学家而言,电学行为通常是由能量主导。而在这项研究中,单层石墨烯内原子间电子移动有关的能量在eV量级,而在层间的电子移动涉及的能量量级最多在几百meV。

要想解开这个谜题,对称性是关键!

对于结构高度有序的单层石墨烯而言,电学性能取决于对称性。研究人员制备了旋转扭曲的双层石墨烯,通过电子之间的相互作用来控制整个体系的电子态。旋转产生的位错使石墨烯层中的电子能带结构不再对齐,单胞变大。

图片

图2.扭曲双层石墨烯中的电子能带结构

研究人员发现,扭曲的双层石墨烯会产生两种全新的电子态。一种电子态是Mott绝缘体态,来源于电子之间的强排斥作用。另一种是超导态,来源于电子之间的强吸引作用而产生零电阻。

当旋转角度小到魔角时(<1.05°),扭曲的双层石墨烯中垂直堆叠的原子区域会形成窄电子能带,电子相互作用效应增项,从而产生非导电的Mott绝缘态。在Mott绝缘态情况下加入少量电荷载流子,就可以成功转变为超导态。

图片

图3. 石墨烯超晶格中的二维超导

这项研究成果,为超导研究带来了新思路,也为全新电学性能的探索和工程化提供了良好的研究平台!

图片

曹原,1996年出生,2010年考入中国科学技术大学少年班,并入选严济慈物理英才班。他在校期间表现优异,2014年获中国科大毕业生最高荣誉郭沫若奖学金,之后赴MIT攻读博士学位。2016年,他在美国物理学会主办的高水平学术期刊PRL(Physical Review Letters)发表文章:

Superlattice-induced insulating states and valley-protected orbits in twisted bilayer graphene,深获好评。

本文来自材料科学与工程,本文观点不代表石墨烯网立场,转载请联系原作者。

(0)
石墨烯网石墨烯网
上一篇 2018年3月7日
下一篇 2018年3月7日

相关推荐

发表回复

登录后才能评论

评论列表(1条)

  • […] 石墨烯是单层碳原子,具有许多特殊的导电性能和机械性能。两年前,中科大少年班天才少年曹原等人展示了如何将两张彼此叠置并以直角扭曲的薄片变成超导材料,从而使材料失去其电阻率,当时《Nature》杂志来不及排版就连发两篇关于转角石墨烯的重大成果,并配以评述(石墨烯超导重大发现!中科大少年班校友Nature连发两文)。 […]

客服

电话:134 0537 7819
邮箱:87760537@qq.com

返回顶部