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重大进展!当魔角石墨烯遇到量子力学,高温超导

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重大进展!当魔角石墨烯遇到量子力学,高温超导

石墨烯是单层碳原子,具有许多特殊的导电性能和机械性能。两年前,中科大少年班天才少年曹原等人展示了如何将两张彼此叠置并以直角扭曲的薄片变成超导材料,从而使材料失去其电阻率,当时《Nature》杂志来不及排版就连发两篇关于转角石墨烯的重大成果,并配以评述(石墨烯超导重大发现!中科大少年班校友Nature连发两文)。

重大进展!当魔角石墨烯遇到量子力学,高温超导

目前该领域仍有许多未解之谜,很多的实验观测没有公认的理论解释。日前,来自芬兰阿尔托大学和于韦斯屈莱大学的一项新工作解释了为什么这种超导电性会在惊人的高温下发生,这标志着理论物理学家在高温超导体的发展中迈出了重要一步。2月24日,相关研究结果以“编辑推荐”的形式发表在《Phys. Rev. B》上。

论文链接:

https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.101.060505

重大进展!当魔角石墨烯遇到量子力学,高温超导

研究表明,由于石墨烯中电子微妙的量子力学效应,从而可以在比预期高得多的温度下成为超导体。这项发现被美国物理学会杂志《Physics》强烈推荐并有望激发物理学界的热烈讨论。作者研究了具有局部和非局部引力作用的扭曲双层石墨烯的超导性,为微观紧密结合和低能量连续谱模型获得了超流体重量和Berezinskii Kosterlitz Thouless(BKT)转变温度。定性地预测了局部和非局部两种方案之间的差异,并且可以通过实验加以区分。在对电位超过带宽的平带极限中,研究表明,超流体重量和BKT温度由多带过程和带的量子几何确定。

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本文的主要作者之一,阿尔托大学的Aleksi Julku表示:“在我小组的几个模型系统中,发现并研究了波函数对超导性的几何影响,这个项目中,看到这些研究如何与真实材料联系起来令人兴奋。”于韦斯屈莱大学的Teemu Peltonen解释说:“除了显示波函数的几何效应的相关性,我们的理论还预测了实验者可以检查的许多观察结果。”

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魔角双层石墨烯中超导态的发现被《物理学世界》杂志选为2018年度物理突破榜首,这一发现激起了世界范围内研究转角石墨烯系统的热潮,而且(魔角双层石墨烯入选2018年物理学十大突破!)。尽管这种超导现象发生的温度仅比绝对零度高了几度,但揭示它的机理可以帮助理解高温超导体,并有望让我们能够制备出接近室温工作的超导体。这样的发现被认为是物理学的“圣杯”,因为它可以使计算机能耗大大降低。(文:董瑞)

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