研究人員已經(jīng)找到了一種激發(fā)石墨烯潛在超導(dǎo)體能力的方法，這意味著石墨烯在傳導(dǎo)電流時(shí)的電阻將為零！
近日發(fā)表在《Nature Communications》上的這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步增強(qiáng)了石墨烯的應(yīng)用潛力。
石墨烯是二維碳原子層，有幾大顯著性能，例如石墨烯強(qiáng)度十分高，但質(zhì)量很小，具有柔韌性和超高的導(dǎo)電性，被廣泛認(rèn)為是推動(dòng)醫(yī)療和電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要材料。
從2004年石墨烯問世以來，科學(xué)家們推測(cè)石墨烯可能具有超導(dǎo)能力。然而，到目前為止，石墨烯的超導(dǎo)性能僅可以通過摻雜或放置在其他超導(dǎo)材料上實(shí)現(xiàn)。這兩種超導(dǎo)都是以犧牲石墨烯其他性能為代價(jià)的。
但是，在最新的研究中，英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員用與鐠鈰氧化銅（PCCO）材料耦合的方法激活了石墨烯自身具有的超導(dǎo)潛能。
超導(dǎo)體已經(jīng)廣泛應(yīng)用在日常生活的很多領(lǐng)域。因?yàn)槌瑢?dǎo)體可以產(chǎn)生巨大的磁場(chǎng)，它們是核磁共振和懸浮列車中的必要組件。它們還可用于制造傳輸和儲(chǔ)存能量長(zhǎng)達(dá)數(shù)百萬年的電力線路及裝置。
超導(dǎo)石墨烯的出現(xiàn)開辟了更多可能性。研究人員提到，超導(dǎo)石墨烯可以用于超高速計(jì)算機(jī)中的新型超導(dǎo)量子器件。更為吸引人的是，它可以用來證明 “p波超導(dǎo)”這一超導(dǎo)特殊形式的存在?？茖W(xué)家為此已經(jīng)苦苦追尋了20年。
該研究由劍橋大學(xué)圣約翰學(xué)院的安杰洛·迪·貝爾納多（Angelo DiBernardo）博士和杰森·羅賓遜（Jason Robinson）博士牽頭，合作者有來自劍橋石墨烯中心的安德烈·法拉利（Andrea Ferrari）教授，耶路撒冷希伯來大學(xué)的俄德·米羅（Oded Millo）教授和特隆赫姆挪威科技大學(xué)的雅各布·林德（Jacob Linder）教授。
羅賓遜說， “長(zhǎng)期以來，科學(xué)家相信在特定條件下，石墨烯可以完成超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，但一直無法實(shí)驗(yàn)證明。我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)想是，如果將石墨烯耦合到超導(dǎo)體的話，是否可以激活石墨烯潛在的超導(dǎo)性能呢？
然而，緊接著問題將變成，如何知道觀測(cè)到的超導(dǎo)性來自石墨烯本身，而不是耦合的底層超導(dǎo)體？”
迪·貝爾納多也說道，過去人們將石墨烯放在金屬基底超導(dǎo)體上進(jìn)行過類似的研究。然而，置于金屬上的石墨烯性能發(fā)生顯著改變，電學(xué)性能不再遵循人們的預(yù)期。實(shí)驗(yàn)證明，這種情況下觀測(cè)到的超導(dǎo)性能并不是石墨烯的固有性能，而來源于金屬基底的超導(dǎo)。
鐠鈰氧化銅超導(dǎo)體是“銅酸鹽”氧化物超導(dǎo)體家族中的一員，具有明顯的電學(xué)特征。使用掃描隧道顯微鏡，研究人員可以很容易地區(qū)分鐠鈰氧化銅和石墨烯的超導(dǎo)性。
我們通常通過觀測(cè)電子相互作用的方式來驗(yàn)證超導(dǎo)性的存在：超導(dǎo)體內(nèi)電子對(duì)的自旋狀態(tài)會(huì)根據(jù)超導(dǎo)性的不同類型（對(duì)稱性）而改變。例如在PCCO超導(dǎo)體的“d波狀態(tài)”下，電子對(duì)的自旋狀態(tài)為反平行。
然而，當(dāng)石墨烯耦合到超導(dǎo)PCCO上時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示石墨烯內(nèi)的電子對(duì)處于p波狀態(tài)。羅賓遜說 “我們?cè)谑┲锌吹降氖遣煌赑CCO超導(dǎo)的狀態(tài)，這意味著該超導(dǎo)并不來自PCCO而來自石墨烯本身。 PCCO激發(fā)了石墨烯的內(nèi)在超導(dǎo)性。 ”
劍橋大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)所激活的超導(dǎo)類型仍沒有定論，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果強(qiáng)烈地暗示它是變幻莫測(cè)的“p波”形式。如果最終被證實(shí)，這項(xiàng)研究將終結(jié)關(guān)于這種神秘類型的超導(dǎo)性是否存在的爭(zhēng)論。
1994年，日本科學(xué)家使用釕酸鍶（SRO）材料制造了可能具有p波對(duì)稱性的三線態(tài)超導(dǎo)體（triplet superconductor）。 SRO的p波對(duì)稱性從未被完全驗(yàn)證，部分原因是由于SRO為塊狀晶體，很難制造出用于測(cè)試?yán)碚擃A(yù)測(cè)的器件。
羅賓遜說：“如果石墨烯確實(shí)產(chǎn)生了p波超導(dǎo)性，科學(xué)家將利用它探索基礎(chǔ)和應(yīng)用領(lǐng)域全新的超導(dǎo)器件，這無疑將幫助我們更好地理解p波超導(dǎo)性以及它在不同條件下的表現(xiàn)。”
這項(xiàng)研究還有其他諸多應(yīng)用前景。 例如，在超導(dǎo)電路中，石墨烯可用于制造類似晶體管的器件，并且可以將超導(dǎo)性應(yīng)用到分子電子學(xué)中。迪·貝爾納多補(bǔ)充說：“考慮到可以與石墨烯表面可結(jié)合化學(xué)分子的多樣性，這項(xiàng)研究將極大的促進(jìn)基于石墨烯超導(dǎo)的新型分子電子器件的發(fā)展。