美國和日本成功使用絕緣氮化硼層二維石墨烯實(shí)現(xiàn)了可控室溫超導(dǎo)

流經(jīng)電力線和計(jì)算機(jī)的電子不可避免地會遇到電阻，遇到電阻時就會損失一些能量，這些能量會以熱量的形式散失。這就是為什么筆記本電腦在使用太長時間后會變熱，同樣，任何攜帶能量的粒子在典型環(huán)境中流動時都會失去能量。不過，我們知道有超導(dǎo)體的存在，超導(dǎo)體只有在非常低的溫度下才能工作，也就是說當(dāng)粒子形成稱為量子凝聚體對時才可以工作。

這導(dǎo)致了某些金屬（如鋁）中的超導(dǎo)性和電阻消失，以及液化氦中的超流體，這些超流體可以流動而不會耗散或損失能量?；谶@些量子凝聚態(tài)的超導(dǎo)材料，人們開發(fā)了許多應(yīng)用，從無能量損耗的電力傳輸?shù)搅孔佑?jì)計(jì)算機(jī)等等。但是，已知的超導(dǎo)材料需要保持低溫，這通常是不切實(shí)際的。

為了實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)，科學(xué)家們首先需要更好地理解是什么驅(qū)動了量子凝聚體的形成。理論上，超導(dǎo)性是成對電子的結(jié)果。然而，在大多數(shù)材料中，配對很弱，兩個帶負(fù)電荷的粒子通常不想配對，而且強(qiáng)度是固定的。

但是美國和日本的科學(xué)家們《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇新文章，描述了一種可調(diào)節(jié)的，基于石墨烯的平臺，在強(qiáng)磁場下使用相反電荷的電子和空穴可以輕易的形成量子粒子對。該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在可以沿著一個連續(xù)對稱結(jié)構(gòu)來改變這一配對的強(qiáng)度，這將幫助科學(xué)家研究關(guān)于量子凝聚體起源的理論，以及它們可能如何增加超導(dǎo)電性的溫度極限。

“基本理論很簡單?！币晃豢茖W(xué)家解釋說：“如果你能讓電子配對，它們就能成為超導(dǎo)體。無論電子之間的吸引力有多么弱，都會導(dǎo)致這些電子配對，形成的這種新粒子的行為類似于玻色子粒子，在足夠低的溫度下，它們可以進(jìn)入集體狀態(tài)，在不受無序阻礙的物質(zhì)中運(yùn)動——這是任何單個電子都無法實(shí)現(xiàn)的特性。

這個最初由理論物理學(xué)家提出的總體想法，現(xiàn)在正由研究小組在石墨烯的原子薄片上實(shí)現(xiàn)。石墨烯是一種具有獨(dú)特性質(zhì)的材料，他們多年來一直致力于利用這種材料。根據(jù)施加的電壓和磁場，石墨烯片可以由帶負(fù)電荷的電子或帶正電荷的空洞填充而成。當(dāng)兩個這樣的薄片放在一起時，一個薄片上的電子會想與另一個帶相反電荷的空洞配對，形成玻色子對。在此基礎(chǔ)上，利用美國和日本科學(xué)家們開發(fā)的一種技術(shù)可以制造不同原子薄材料的分層堆疊，科學(xué)家們在石墨烯之間添加了絕緣氮化硼層。

這在一個石墨烯片上的電子和另一個石墨烯片上的空洞之間產(chǎn)生了物理距離，這也影響了相互作用的強(qiáng)度：“”更多的絕緣層產(chǎn)生了較弱的鍵，層數(shù)越少，越結(jié)實(shí)。通過改變分離層的厚度，我們可以直接、可調(diào)地控制相互作用強(qiáng)度?！闭撐牡牧硪晃恢饕髡弑硎?。