科学家唤醒石墨烯沉睡的超导性能，传导电流时的电阻将为零！
研究人员已经找到了一种激发石墨烯潜在超导体能力的方法，这意味着石墨烯在传导电流时的电阻将为零！
近日发表在《Nature Communications》上的这一发现进一步增强了石墨烯的应用潜力。
石墨烯是二维碳原子层，有几大显著性能，例如石墨烯强度十分高，但质量很小，具有柔韧性和超高的导电性，被广泛认为是推动医疗和电子产业发展的重要材料。
从2004年石墨烯问世以来，科学家们推测石墨烯可能具有超导能力。然而，到目前为止，石墨烯的超导性能仅可以通过掺杂或放置在其他超导材料上实现。这两种超导都是以牺牲石墨烯其他性能为代价的。
但是，在最新的研究中，英国剑桥大学的研究人员用与镨铈氧化铜（PCCO）材料耦合的方法激活了石墨烯自身具有的超导潜能。
超导体已经广泛应用在日常生活的很多领域。因为超导体可以产生巨大的磁场，它们是核磁共振和悬浮列车中的必要组件。它们还可用于制造传输和储存能量长达数百万年的电力线路及装置。
超导石墨烯的出现开辟了更多可能性。研究人员提到，超导石墨烯可以用于超高速计算机中的新型超导量子器件。更为吸引人的是，它可以用来证明 “p波超导”这一超导特殊形式的存在。科学家为此已经苦苦追寻了20年。
该研究由剑桥大学圣约翰学院的安杰洛·迪·贝尔纳多（Angelo DiBernardo）博士和杰森·罗宾逊（Jason Robinson）博士牵头，合作者有来自剑桥石墨烯中心的安德烈·法拉利（Andrea Ferrari）教授，耶路撒冷希伯来大学的俄德·米罗（Oded Millo）教授和特隆赫姆挪威科技大学的雅各布·林德（Jacob Linder）教授。
罗宾逊说， “长期以来，科学家相信在特定条件下，石墨烯可以完成超导转变，但一直无法实验证明。我们的实验设想是，如果将石墨烯耦合到超导体的话，是否可以激活石墨烯潜在的超导性能呢？然而，紧接着问题将变成，如何知道观测到的超导性来自石墨烯本身，而不是耦合的底层超导体？”
迪·贝尔纳多也说道，过去人们将石墨烯放在金属基底超导体上进行过类似的研究。然而，置于金属上的石墨烯性能发生显著改变，电学性能不再遵循人们的预期。实验证明，这种情况下观测到的超导性能并不是石墨烯的固有性能，而来源于金属基底的超导。
镨铈氧化铜超导体是“铜酸盐”氧化物超导体家族中的一员，具有明显的电学特征。使用扫描隧道显微镜，研究人员可以很容易地区分镨铈氧化铜和石墨烯的超导性。
我们通常通过观测电子相互作用的方式来验证超导性的存在：超导体内电子对的自旋状态会根据超导性的不同类型（对称性）而改变。例如在PCCO超导体的“d波状态”下，电子对的自旋状态为反平行。
然而，当石墨烯耦合到超导PCCO上时，实验结果显示石墨烯内的电子对处于p波状态。罗宾逊说 “我们在石墨烯中看到的是不同于PCCO超导的状态，这意味着该超导并不来自PCCO而来自石墨烯本身。 PCCO激发了石墨烯的内在超导性。 ”
剑桥大学的科研团队所激活的超导类型仍没有定论，但实验结果强烈地暗示它是变幻莫测的“p波”形式。如果最终被证实，这项研究将终结关于这种神秘类型的超导性是否存在的争论。
1994年，日本科学家使用钌酸锶（SRO）材料制造了可能具有p波对称性的三线态超导体（triplet superconductor）。 SRO的p波对称性从未被完全验证，部分原因是由于SRO为块状晶体，很难制造出用于测试理论预测的器件。
罗宾逊说：“如果石墨烯确实产生了p波超导性，科学家将利用它探索基础和应用领域全新的超导器件，这无疑将帮助我们更好地理解p波超导性以及它在不同条件下的表现。”
这项研究还有其他诸多应用前景。 例如，在超导电路中，石墨烯可用于制造类似晶体管的器件，并且可以将超导性应用到分子电子学中。迪·贝尔纳多补充说：“考虑到可以与石墨烯表面可结合化学分子的多样性，这项研究将极大的促进基于石墨烯超导的新型分子电子器件的发展。
编辑：梁博深
参考： https://phys.org/news/2017-01-graphene-superconductivity-awakens.html
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