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研究人员使用PCCO释放石墨烯的超导性

助工
2018-09-07 11:10:05    评分
剑桥大学的研究人员最近开发出一种基于石墨烯的超导体,而不会改变材料。

石墨烯是由一个原子厚的碳原子层制成的蜂窝状晶格。它是最薄,最轻,最强的已知材料,具有极高的导电性和导热性。最近,研究人员正试图在其独特的属性集中添加超导性。

 

超导性如何发生?


超导体在低于某一温度的情况下实现零电阻,该温度可低至-269摄氏度。这种超导体,称为低温超导体,是在近100年前发现的另一方面,直到大约30年前才发现转变温度约为-135摄氏度的高温超导体

 

一种使用液氮的低温超导体。照片由Camilla Hoel提供

 

在金属中,电子自行移动,排斥并相互碰撞。然而,在超导体中,它们成对行进并且移动得更顺畅。剑桥大学的应用物理学家Suchitra Sebastian设想,在超导体中,电子在通道中行进。今天,科学家们对低温超导体有了更深入的了解。他们知道这些材料的晶体结构迫使电子成对传播。

 

超导体的应用


磁悬浮是超导的最着名的应用之一,其中强超导磁体用于制造诸如火车的车辆,漂浮在空中并以极高的速度行进。2015年4月,MLX01测试车的速度达到了令人难以置信的603公里/小时

超导体的医学应用是磁共振成像(MRI)和SQUID后者可用于检查身体的某些深度而不施加类似于MRI的强磁场。该技术的另一个有趣的应用是基于超导体的发电机,估计在未来十年内全球市场将达到200-30亿美元

Petaflop计算机超高性能滤波器极低频天线电子炸弹只是这项技术的其他一些应用,否则这是不可能的。几年前在石墨中观察到超导性,甚至在实验验证之前,科学家们认为加入合适的添加剂必须导致石墨烯的超导性。

 

锂包覆石墨烯的超导电性


不到两年前,研究人员将锂原子纳入世界上第一个石墨烯超导体国际研究团队创造了石墨烯片并用锂原子涂覆它们。

参与这项研究的不列颠哥伦比亚大学温泉量子物质研究所所长Andrea Damascelli指出,样品的制备方式是一个关键因素。在此之前,其他几个团体一直在尝试制造超导锂涂层石墨烯; 然而,他们总是面临不稳定的根源,这使得成功难以捉摸。

Damascelli和他的同事们在大约零下268摄氏度的超高真空条件下进行了实验。

 

夹在石墨烯板上的钙原子


近一年前,东北大学和东京大学的研究人员将钙原子放在生长在碳化硅晶体上的石墨烯片之间它们在-269摄氏度下实现了超导性。

 

表示已开发的材料。图片由东北大学提供

 

显然,这些超低温不适合诸如超导体电力线的应用。然而,根据东北大学的研究,这些研究为可用于量子计算的超高速超导纳米器件铺平了道路。

 

PCCO释放出石墨烯的超导性


虽然上述实验依赖于掺杂石墨烯来实现超导体,但剑桥大学的研究人员最近开发出了一种石墨烯基超导体而不改变材料。

参与该项目的杰森罗宾逊指出,显然,该研究已经实现了一种罕见的超导电性,称为p波状态。然而,他补充说,需要进一步的实验来证实这一点。

根据Angelo di Bernardo的说法,将石墨烯置于其他材料上的方法会改变其性质。另一方面,尽管它们实现了超导性,但它不一定来自石墨烯,而只是来自下面的超导体的传导。

剑桥团队采用了一种叫做镨铈铜氧化物(PCCO ICfans)的材料来唤醒石墨烯的休眠超导性。虽然实验可能看起来像以前需要第二种材料来实现超导性,但新方法与以前的技术有很大不同。在最近的实验中,所获得的超导性明显不同于添加的材料,即PCCO。在PCCO中,电子对处于称为d波的状态; 然而,观察到新超导体中电子对的自旋态是p波,这是日本研究人员在1994年首次提出的一种罕见且仍然未经验证的超导电性。

根据Robinson的说法,超导性不是来自PCCO,只需要PCCO释放石墨烯的固有超导性。

这项实验非常重要,因为它可以证明难以捉摸的p波超导性确实存在,从而使研究人员有机会正确研究这种超导性。随着对p波超导性的更好理解,研究人员可能会发现一种全新的超导体谱。

 

用于超导石墨烯


超导石墨烯可能不是开发更高效电力线的好选择,但研究人员认为它适合SQUID(超导量子干涉装置)等应用。SQUID能够感知磁场变化超过在指南针上移动针的力的十亿倍,可以非常精确地扫描大脑活动。

Damascelli认为,基于石墨烯的超导体可以使目前可实现的灵敏度提高100倍。

不幸的是,关于如何实现超导性有许多神秘的未知数,特别是在石墨烯基材料中。然而,所有这些努力似乎都是非常有益的,许多研究小组都很想发现这个领域。




关键词: PCCO     石墨烯     半导体     ICfans     IC    

管理员
2018-09-10 09:31:52    评分
2楼

涨姿势


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