近日，武漢大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)取得了一項(xiàng)令人矚目的成就，他們成功創(chuàng)造了一種新型材料——高質(zhì)量的雙層石墨烯與二硒化鎢異質(zhì)結(jié)材料，這種材料展現(xiàn)出了非凡的超導(dǎo)性能。
石墨烯圖片
超導(dǎo)，簡單來說，就是料在特定條件下電阻變?yōu)榱?，且能完全排斥磁場的奇妙現(xiàn)象，它在科技領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，比如提升磁共振成像的清晰度、制造更強(qiáng)大的超導(dǎo)磁體，甚至為量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展鋪路。
過去，科學(xué)家已經(jīng)在不同形式的石墨烯中觀察到了超導(dǎo)現(xiàn)象，但大多集中在通過空穴摻雜實(shí)現(xiàn)的超導(dǎo)態(tài)。然而，對于電子摻雜引起的超導(dǎo)，研究相對較少。這次，武漢大學(xué)的科學(xué)家打破了這一局限，他們通過巧妙的設(shè)計(jì)，將雙層石墨烯與二硒化鎢結(jié)合在一起，形成了一個(gè)異質(zhì)結(jié)材料。這種設(shè)計(jì)不僅讓科學(xué)家能夠施加高達(dá)1.6V/nm的強(qiáng)大垂直電場，還使得他們能夠在實(shí)驗(yàn)中同時(shí)探索空穴和電子摻雜下的超導(dǎo)行為。
研究顯示，這種新型材料在空穴和電子摻雜下都展現(xiàn)出了超導(dǎo)態(tài)，這在單層或少層石墨烯中尚屬首次。更令人興奮的是，通過調(diào)節(jié)電場和載流子（電荷載體）的濃度，科學(xué)家可以像調(diào)節(jié)開關(guān)一樣控制超導(dǎo)態(tài)強(qiáng)度。在極低的溫度下，他們觀察到了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的最高溫度記錄，這在同類材料中是非常罕見的。
二硒化鎢圖片
這項(xiàng)研究的深入揭示了超導(dǎo)背后的復(fù)雜機(jī)制?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)大的電場作用下，雙層石墨烯中的電子或空穴在接近二硒化鎢層時(shí)會受到一種叫做“自旋軌道耦合”的力，這種力會改變電子的行為，進(jìn)而影響材料的超導(dǎo)性能。此外，他們還觀察到了一系列由對稱性破缺引起的量子態(tài)變化，這些變化與材料內(nèi)部的電子結(jié)構(gòu)和相互作用密切相關(guān)。
該研究成果已以“Tunable superconductivity in electron- and hole-doped Bernal bilayer graphene”為題發(fā)表在Nature上。該成果不僅加深了我們對石墨烯基超導(dǎo)材料的理解，還為未來新型超導(dǎo)量子器件的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了寶貴的啟示。
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