石墨烯可作為絕緣體使用的理論依據
麻省理工學院和哈佛大學的研討人員又有了新發現,石墨烯能夠經過調節變為絕緣體或超導體。曩昔研討者們經過將石墨烯與其他超導資料結合的辦法組成石墨烯超導體,這種結構使得石墨烯具備一定的超導特性。但是最新的研討標明,石墨烯靠自己也能夠實現超導,證明單純的碳基資料自身也具有超導性。
研討人員經過創建兩個石墨烯薄片堆疊在一起的“超晶格”結構來實現這一性質。石墨烯薄片不是完全重合疊加,而是在一個特定的角度(研討人員稱其為“魔角”),也便是旋轉1.1度(如上圖右側所示)。這樣就形成了精確的莫爾結構,這種結構能夠使石墨烯薄片之間的電子產生強相互作用。在其他任何辦法的堆疊結構中,石墨烯都很少與相鄰的電子產生相互作用。
石墨烯自從面世以來,便是研討界重視的目標,石墨烯神奇的作用,為人類做出了很多的奉獻。石墨烯的研討開發,對于人類的未來至關重要。
研討人員發現,當以這個“魔角”旋轉時,兩片石墨烯不導電,相似于莫特絕緣體。當研討人員施加電壓,向石墨烯超晶格增加少數電子時,就會發現在一定水平上,電子突破了初始絕緣狀態,形成電流,而且沒有電阻,就像超導體相同。“現在我們能夠使用石墨烯作為研討超常規超導的新平臺,” 研討人員說。人們也能夠想象出從石墨烯中制造出一種超導晶體管,這種晶體管能夠由開關操控其從超導到絕緣體的變化。這為量子設備提供了許多可能性。”
研討人員從之前的結論中得到這樣一個想法:假如他們能把電子增加到這些相似莫特絕緣體的超晶格中,就像用氧摻雜莫特絕緣體使它們變成超導體相同,石墨烯會反過來呈現超導性質嗎?為了找出答案,他們將一個小的觸發電壓施加到“魔角石墨烯超晶格”,向其間加入少數的電子。成果單個電子與石墨烯中的其他電子結合在一起,而且能夠活動。過程中,研討人員持續丈量資料的電阻,卻發現當他們增加一定量的少數電子時,電流就像超導體相同不損耗能量。
更重要的是,研討人員能夠在同一個設備中經過調整石墨烯使其變成絕緣體或超導體,或是這之間的任何相位。這與之前其他的辦法形成鮮明的比照,以前科學家們需要制備和操作成百上千個單獨的晶格,每一個晶格只能在一個電子相位中運行。
也便是說研討人員能夠經過研討石墨烯這一種資料就能夠獲取絕緣體、超導體以及中間任何相位的物理信息。而現在其他任何資料都還不具備這種性質。