Come tutti sappiamo, il materiale conduttivo generale nel processo consuma molta energia, e il superconduttore durante la trasmissione è quasi nessuna perdita di energia, può portare più corrente per centimetro quadrato. Tuttavia, la maggior parte dei superconduttori solo vicino allo zero assoluto temperatura di lavoro.
Nel 1911, il fisico olandese Heike Kammerlingh Onnes ha scoperto campioni di resistenza di mercurio puro scompare a basse temperature 4.22-4.27K, poi hanno trovato un certo numero di altri metalli hanno fenomeno simile - un fenomeno noto come la superconduttività, 1913 , Heike Kammerlingh Onnes quindi ha vinto il premio Nobel di quell'anno in Fisica.
Figura Shu Heike Kammerlingh Onnes
Tuttavia, i fisici hanno scoperto che un gran numero di superconduttore elementare e lega superconduttore temperatura critica è molto bassa superconduttore così bassa temperatura mezzi per ottenere la superconduttività applicazioni devono ricorrere a costosi liquidi criogenici - come l'elio liquido per mantenere bassa la temperatura l'ambiente che ha portato ad un forte aumento del costo delle applicazioni superconduttori, le spese di manutenzione basse temperature anche molto più del valore del materiale stesso anche superconduttori 'alta temperatura' esiste solo in una temperatura relativamente alta zero assoluto: .. -140 ℃ a dire, Se siamo in grado di ottenere materiale reale che è superconduttore a temperatura ambiente, al fine di evitare costi di raffreddamento costosi possono cambiare completamente lo stato del relativo trasferimento di energia l'arte, il trasporto e scanner medici.
Oggi da Heike Kammerlingh Onnes scopre la superconduttività sono passati 107 anni, la gente ancora esplorando a bassa pressione, proprietà superconduttive di materiali ad alta temperatura e viene usato per realizzare nella vita, questo obiettivo è la missione più importante del mondo fisico a.
Ma l'obiettivo è sempre più vicino a noi nel 5 marzo "Nature", ha riferito il giornale anche pubblicato due importanti studi presso il Massachusetts Institute of Technology e Harvard University: Fino a quando i due strati di grafene rotazione ad una specifica ' angolo di magia 'sovrapposte, possono condurre elettroni a zero resistenza. questa scoperta è probabile trovare superconduttori a temperatura ambiente decenni passo importante.
Oltre a documenti correlati pubblicati al di fuori, "Nature" ha pubblicato un articolo di commento nella svolta.
Vale la pena ricordare che i primi autori dei due articoli furono Cao Yuan, uno studente di dottorato di 21 anni del Massachusetts Institute of Technology.
Figura Shu Cao originale, nata nel 1996, nativo di Chengdu, nel 2010 ha ammesso alla classe giovanile USTC, e selezionato 'classe Yanjici eccellenza fisica' 2014 USTC di laurea più alta onorificenza - Guo borsa di studio è ora Massachusetts Dottorando in Ingegneria Elettrica e Informatica, Politecnico, fisico Pablo Jarillo-Herrero, MIT
Figura Shu Pablo di Jarillo-Herrero, MIT professore associato di condensata fisico materia. Premi includono gli spagnoli Royal Society Young Investigator Award (2007), il Premio US National Science Foundation (2008), Alfred Sloan Scholarship (2009), David and Lucy Packard Scholarship (2009), ecc.
Secondo il documento, i ricercatori hanno ottenuto proprietà superconduttive del materiale risultante sovrapponendo due strati di grafene e spostando il modello di atomo di carbonio di 1,1 °, sebbene il sistema avesse ancora bisogno di raffreddarsi a 1,7 gradi sopra lo zero assoluto, I risultati mostrano che può essere conduttivo come i noti superconduttori ad alta temperatura, che ha entusiasmato i fisici.
Secondo Elena Bascones, un fisico dell'Istituto di Scienza dei Materiali di Madrid, "Se questo risultato è confermato, potrebbe essere importante capire l'HTS", ha detto Robert Laughlin, premio Nobel al fisico della Stanford University. Nei prossimi mesi ci saranno pazze attività sperimentali per riempire la parte mancante del progetto. "
Uno dei punti forti di questo studio è che significa che si può imparare il meccanismo del non convenzionale superconduttore ossido di rame superconduttori grafene da tale superconduttore. Tuttavia, l'originale Cao Jun in un'intervista con DT ha detto, non nel prossimo futuro intendiamo esaminare ossido di rame direttamente coinvolti.
'Come tutti sappiamo, questa zona è stata studiata per quasi 30 anni e continua, in tutto il mondo ci sono un gran numero di studi di laboratorio di ossido di rame. Il nostro laboratorio di ricerca principale è un materiale bidimensionale, preparazione e caratterizzazione di materiale bidimensionale hanno una notevole miglioramento della tecnologia e l'esperienza, e non alcuna esperienza negli aspetti di ricerca di materiali tradizionali originale Cao giugno detto DT.
Schema Shu dei tre articoli correlati
Perché grafene?
In generale, ci sono circa due tipi di superconduttori: superconduttori convenzionali la cui attività può essere spiegata dalla teoria prevalente della superconduttività e dai superconduttori non convenzionali, che non possono essere spiegati dalle teorie mainstream.
Secondo un recente studio del team del MIT, la superconduttività del grafene appartiene a quest'ultimo ed è simile a quella di altri superconduttori non convenzionali, i superconduttori di ossido di rame.
Qui dobbiamo menzionare i superconduttori di ossido di rame, che sono conduttivi a temperature superiori allo zero assoluto a 133 gradi C. Il meccanismo sottostante dei superconduttori di ossido di rame rimane un mistero, Laughlin ha detto: L'incredibile conseguenza è che la superconduttività degli ossidi di rame è sempre stata semplice e difficile da capire e calcolare correttamente.
Tuttavia, questo tipo di convenzionale superconduttore cuprati temperatura superconduttore è più in grado di raggiungere la superconduttività, ha ora realizzato meno di 140 gradi per ottenere la superconduttività, ma il sistema superconduttore ossido di rame molto complessa, e le condizioni sperimentali richiedono spendere un sacco di lavoro e risorse materiali, è difficile in modo efficace ulteriori ricerche.
La figura Shu strati di grafene ritorti con un angolo di 1,1 °, il materiale risultante avente proprietà superconduttrici
Per coincidenza, c'è l'angolo di torsione della superconduttività grafene è stato scoperto che tra la pila, almeno per ora risultato misurato guarda e fenomeno ossido di rame superconduttori è lo stesso. I fisici hanno ipotizzato che dietro il meccanismo dovrebbe anche essere coerente.
Il grafene è sempre stato un materiale magico con proprietà sorprendenti: questo materiale simile a una lastra costituito da un singolo strato di atomi di carbonio che si estende in una forma esagonale è più forte dell'acciaio ed è più conduttivo del rame, rispetto ad altri materiali. La superconduttività è stata dimostrata anche quando i materiali sono stati contattati, ma questo comportamento può essere spiegato dalla superconduttività convenzionale.
Inoltre, il grafene è un materiale relativamente semplice: gli scienziati hanno già studiato abbastanza bene il grafene: molte ricerche sul grafene sono attualmente incentrate su come preparare un grafene stabile e di alta qualità, pertanto il grafene viene utilizzato per studiare le irregolarità. Il fenomeno della superconduttività può accelerare efficacemente gli scienziati per raggiungere la superconduttività a temperatura ambiente.
A questo proposito, Madrid Istituto di Scienza dei Materiali fisico Elena Bascones detto grafene ricerca sulle più facilmente rispetto ai dispositivi ossido di rame, quali grafene essere utile per esplorare la superconduttività ad internet. Per esempio, al fine di esplorare il superconduttore ossido di rame la causa principale, fisici spesso devono essere materiali ai campi magnetici estremi. 'regolare' loro di esplorare comportamenti differenti, il che significa che un gran numero di esperimenti da effettuare e una grande quantità di dati da elaborare, mentre grafene viene utilizzato, è possibile fisico per ottenere lo stesso risultato semplicemente regolando il campo elettrico.
La figura Shu grafene è un materiale spesso bidimensionale atomo di carbonio stratificato, quando due strati di grafene stratificato sovrapposti ad una certa angolazione, può essere utilizzato come materiale superconduttore
'Magic superconduttore'
Nello svolgimento dell'esperimento, Cao e il suo ex mentore Pablo Jarillo-Herrero e la sua squadra non per esplorare la superconduttività. Piuttosto, essi hanno lo scopo di esplorare l'angolo di deflessione del doppio strato di grafene potrebbe influire sulle prestazioni di grafene.
In teoria, essi possono solo immaginare una certa deviazione angolo tra lo strato di materiale bidimensionale può indurre elettroni passano attraverso lo strato di materiale, e un modo divertente per interagire, ma non sanno esattamente che tipo di modo.
Tuttavia, la squadra di Cao Yuan ha presto scoperto alcuni comportamenti imprevisti del grafene a doppio strato.
Figura 丨 grafene
Innanzitutto, la misura della conduttività del grafene e la densità delle particelle che trasportano la carica in esso mostrano che la struttura è diventata un isolante di Mott (Mott Insulator) - questo materiale ha la proprietà di utilizzare tutti i suoi componenti per condurre elettricità, e tra le particelle L'interazione impedirà loro di fluire.
Successivamente, hanno usato un piccolo campo elettrico per aggiungere una piccola quantità di corrieri extra al sistema per renderli superconduttori, dopo aver ottenuto questi risultati hanno immediatamente finanziato la loro squadra. Il mentore di Cao Yuan Jarillo-Herrero ha detto: "Noi Usando diverse attrezzature per ottenere questi risultati e misurare con i collaboratori, questo è un punto molto sicuro per il nostro team.
Quindi qual è l'effetto superconduttore del grafene a doppio strato? Il grafene monostrato ha una proprietà disperdente energia lineare al suo punto neutro di carica Quando due grafi allineati sono impilati, la banda dovuta al salto tra i due strati L'ibridizzazione si traduce in un cambiamento nella struttura a bassa banda in base all'ordine di sovrapposizione (impilamento AA o AB).
Un nuovo schema di moiré esagonale costituito da alternanze di regioni di accatastamento AA e AB appare e agisce come una modulazione reticolare se vi è un ulteriore angolo di torsione. Il potenziale di superlattice piega la struttura della band in un mini panno L'effetto di ibridazione tra la mini zona Brillouin MBZ e i coni Dirac adiacenti nell'MBZ ha un effetto sulla velocità di Fermi al punto neutro di carica da una velocità di 106 m / s Il valore tipico è ridotto. L'angolo di torsione diverso determinerà la diversa struttura della cella unitaria, che determina il cono di dirac tra l'effetto ibrido.
Quando la velocità Fermi scende ad un punto in cui l'angolo particolare è zero, cioè 'angolo magico' (angoli magici), in cui il primo angolo è di circa 1,1 °, in prossimità dell'angolo di torsione vicino alla zona neutra, l'intera banda tipico della larghezza di banda di energia di circa 5-10 meV.
Gli esperimenti dimostrano che i risultati di queste bande portano appiattimento è grande massa efficace, mentre lo stato isolante può essere intesa come il risultato di una battaglia tra l'energia Coulomb e l'energia cinetica del quanto, l'effetto determinato nello stato isolato in un mezzo pieno, e presentano caratteristiche uniformi simili a comportamento isolante di Mott. a seconda dell'angolo di torsione, la concentrazione di drogaggio desiderato per raggiungere simili Mott stato isolante non sono gli stessi.
Come accennato in precedenza, in cui, superconduttori convenzionali (per esempio ossido di rame) è isolato dalla presenza di molto vicino al superconduttore Quando i ricercatori tracciati il diagramma di fase per descrivere la relazione tra la densità di elettroni e la temperatura del materiale, hanno trovato un diagramma di fase superconduttore ossido di rame risultati simili. a questo proposito, Jarillo-Herrero detto fornendo ulteriore prova che il meccanismo di doppio strato di grafene ossido di rame superconduttività può essere lo stesso.
Figura 丨 La struttura elettronica del grafene
Infine, anche se le prestazioni del grafene può essere presente ad una superconduttività temperatura molto bassa, ma il contrasto dei superconduttori convenzionali, la realizzazione della superconduttività alla stessa temperatura, nascite densità grafene elettroni solo materiali superconduttori convenzionali a.
Inoltre, la realizzazione delle proprietà superconduttrici dei materiali superconduttori convenzionali dipende dalla conduzione stabile degli elettroni accoppiati e la quantità di elettroni disponibili nel grafene è piccola, se gli elettroni nel grafene possono accoppiare gli elettroni in qualche modo, ciò dimostra che L'interazione dovrebbe essere molto più forte di quella dei superconduttori convenzionali.
Dubbi sulla conduttività
Tuttavia, in questo studio, alcuni fisici hanno espresso opinioni diverse: Kamran Behnia, un fisico dell'Istituto di Fisica Avanzata e Chimica dell'Istituto Superiore di Tecnologia di Parigi, a Parigi, ha detto che non crede ancora che Cao Yuan possa annunciare con precisione l'osservazione di Mott. Lo stato dell'isolante, sebbene i risultati del team abbiano dimostrato che il grafene è un superconduttore ed è probabilmente un superconduttore non convenzionale.
Inoltre, i fisici non sono ancora stati in grado di dire con certezza che il meccanismo superconduttore dell'ossido di rame e dei superconduttori a doppio strato è esattamente lo stesso, quindi qual è il significato di questo esperimento se gli ultimi esperimenti dimostrano che i meccanismi sono diversi incarnare?
Per questa domanda, la risposta alla originale Cao noi è: 'nell'articolo si confronta la relazione tra la temperatura rotazionale transizione del grafene doppio strato nello stato superconduttore e la concentrazione sotto-portante, la rotazione trovato doppio strato superconduttore grafene anche forza convenzionale accoppiamento superiore superconduttori ossido di rame, e altri fermioni pesanti, più vicino alla linea di transizione BEC-BCS (e negli ultimi anni una parte molto caldo del superconduttore a base di ferro simile), quindi, anche se il suo meccanismo di superconduttività e rame diversi ossidi, perché dovrebbero studiare l'esistenza di un tale forte accoppiamento superconduttore è teoricamente molto interessante e unico in tale apparentemente semplice sistema di grafene '.
Robert Laughlin, un fisico di Stanford e premio Nobel, ritiene che "non è ancora chiaro se tutto il comportamento che si verifica nei superconduttori di ossido di rame si verifica nei superconduttori di grafene, quindi è necessario sviluppare nuovi esperimenti rilevanti Riconosciuto da tutti, i fisici sono rimasti paralizzati nell'oscurità per 30 anni, cercando di svelare il segreto dei superconduttori di ossido di rame, molti di noi credono che la luce sia appena stata accesa.
(NW, Huang Shan)
Titolo originale: 21 anni, scienziati cinesi del MIT con due documenti "Natura": si prevede che il superconduttore a temperatura ambiente raggiunga un importante passo avanti, il grafene ha aperto uno dei "segreti"