“石墨”多层魔角石墨烯形成稳健超导性可实现零损耗下输送电力

时间：2022-08-24 16:41:10来源：化工仪器网

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石墨烯这种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，有着优良的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。近年来，随着石墨烯制备技术成熟化和产业应用多元化，石墨烯与各领域的融合持续深化，逐渐由技术驱动转变为应用驱动。

2018年，麻省理工学院的研究人员发现，如果两个石墨烯层以一个特定的“神奇”角度堆叠，这种偏转的双层结构可能会显示出强大的超导电性。在这种状态下，电流可以零阻力流过。近日，该团队再次发现一种以精确的新魔角堆叠而成的3层偏转石墨烯结构中也存在类似的超导状态。

魔角石墨烯是由两片石墨烯片叠放而成，两层之间以1.1°的精确角度略微偏转。这种被称为“莫尔超晶格”的偏转结构在超低温下将材料转变为坚固且持久的超导体。研究人员发现，这种材料表现出一种被称为“平带”的电子结构，该结构中材料的电子具有相同的能量，而不管它们的动量如何。在这种平带状态下，并且在超低温下，电子集体减慢到足以配对成所谓的库珀对——超导性的基本成分，可在没有阻力的情况下流过材料。

哈佛大学的一个小组得出的计算结果在数学上证实，3个石墨烯层以1.6°偏转，也会表现出平带，由此表明它们可能是超导体。该研究表明，如果以预测的角度堆叠和偏转，那么表现出超导性的石墨烯层的数量应该没有限制。研究人员最终证明了他们可在数学上将每个多层结构与一个常见的平带结构联系起来，从而有力地证明了平带可能会导致强大的超导性。

这一新发现表明，这一家族的石墨烯中的平带在超导性中起着核心作用，为设计实用的室温超导体提供了蓝图。如果该家族的这种特性可复制到其他天然导电材料上，它们就可被利用起来，例如，在零损耗的情况下输送电力，或者建造磁悬浮列车。

(资料来源：科技日报)

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