우리 모두가 알다시피, 그 과정에서 일반적으로 전도성 물질은 많은 에너지를 소비하며, 전송시 초전도체는 평방 센티미터 당 현재 거의 에너지 손실, 수행 할 수 없다. 그러나, 대부분의 초전도체 만에 가까운 절대 제로 온도에서 작동.
1913 년 초전도로 알려진 현상을 - 1911 년, 네덜란드의 물리학 자 헤이 케 Kammerlingh Onnes 순수 수은 저항의 샘플은 낮은 온도 4.22-4.27K에서 사라 발견, 그들은 다른 금속의 숫자가 비슷한 현상이 발견 , 헤이 케 Kammerlingh Onnes 그러므로 물리학에서 그 해의 노벨상을 수상했다.
그림 슈 헤이 케 Kammerlingh Onnes
그러나 물리학 자들은 많은 원소 및 합금 된 초전도체의 초전도 임계 온도가 매우 낮다는 것을 발견했다. 이러한 낮은 초전도 온도는 초전도 어플리케이션이 극저온을 유지하기 위해 액체 헬륨과 같은 고가의 극저온 액체에 의존해야한다는 것을 의미한다. 이것은 초전도 애플리케이션의 비용을 극적으로 증가시킨다. 저온 유지 비용은 재료 자체의 가치를 훨씬 초과한다. '고온'초전도체조차도 상대 절대 온도가 -140 ° C에 불과하다. 즉, 초전도 재료가 실온에서 실현 될 수 있다면 비용이 많이 드는 냉각 비용을 피하고 에너지 전송, 의료 스캐너 및 운송의 현재 상태를 완전히 바꿀 수 있습니다.
헤이 케 Kammerlingh Onnes에서 오늘이 목표는 물리적 세계의 가장 중요한 임무 107 년, 사람들은 여전히 낮은 압력을 탐구, 높은 온도에서 물질의 초전도 특성을 통과하고 생활에 달성하는 데 사용되는 초전도 발견 하나
만큼 특정에 그래 핀 회전의 두 레이어로 ':하지만 목표는 점점 더 가까이 우리에게 월 5 받고있다 "자연은"용지도 매사 추세 츠 공과 대학, 하버드 대학에서 두 가지 중요한 연구 결과를 발표보고 매직 앵글 '중첩, 그들은 저항이 0에 전자를 수행 할 수 있습니다.이 발견은 중요한 단계 상온 초전도체 수십 년을 찾을 가능성이 높다.
관련 에세이를 출간하는 것 이외에, 네이처는이 주요 혁신에 대해 논평하는 기사를 발표했습니다.
이 두 논문의 첫 번째 저자 만 21 세 카오 전 MIT 박사 과정 학생 것을 언급 할 가치가있다.
1996 년에 태어난 그림 슈 카오 원본, 청두 (成都)의 출신, 2010 년 USTC 청소년 클래스에 입원하고, '클래스 Yanjici 물리적 우수성을'선택 2014 USTC 학부 최고의 영예 - 구오 장학금은 현재 매사추세츠입니다 MIT 물리학 파블로 Jarillo - 헤레로의 보호 아래 전기 공학 및 컴퓨터 과학 박사 과정 학생들의 연구소,
그림 슈 파블로 Jarillo - 헤레로, 응집 물질 물리학의 MIT 준 교수.의 시상식 (2007) 스페인 왕립 학회 젊은 연구자 상을 포함, 미국 국립 과학 재단 (National Science Foundation) 상 (2008), 알프레드 슬로안 원정대 (2009), 다윗과 루시 패커드 원정대 (2009) 등
1.1 °의 논문에 따르면, 그래 핀의 탄소 원자의 중첩 된 레이어 연구자 허용 패턴 오프셋 각도는 생성 된 물질이 시스템은 여전히 -230 1.7 정도까지 냉각 할 필요가 있지만. 초전도 특성을 가질 수 있지만 결과는 물리학 흥분하게했다 도전성 알려진 고온 초전도체 같을 수 있다는 것을 시사한다.
마드리드 재료 과학 연구소의 물리학 엘레나 Bascones은 '이 발견이 확인 된 경우는 HTS를 이해하는데 매우 중요 할 수있다'라고 생각한다. 스탠포드 물리학 자이자 노벨상 수상자 인 로버트 로플 린은 우리가 기대할 수 '라고 다음 달에, 청사진의 누락 된 부분을 채우기 위해 미친 실험 활동이있을 것이다. '
이 연구의 하이라이트 중 하나는 당신이 그런 초전도에 의해 틀에 얽매이지 않는 초전도 구리 산화물 초전도 그래 핀의 메커니즘을 배울 수 있다는 것을 의미한다는 것입니다. 그러나, DT와의 인터뷰에서 원래 카오 준 말했다 아닌 가까운 미래에 구리 산화물 연구에 직접 참여하고자 함.
"이 분야는 거의 30 년 동안 연구되어 왔으며 구리 산화물을 연구하는 전세계 많은 실험실에서 계속되고 있습니다. 우리 연구실은 2 차원 재료의 준비 및 특성화에 주로 연구하고 있습니다. 꽤 완벽한 기술 및 경험 측면이 있지만 전통적인 재료 연구에 대한 경험이 없습니다. "라고 카오는 DT Jun에게 말했다.
그림 丨 세 관련 기사
왜 그래 핀 이죠?
일반적으로 초전도에는 두 가지 종류가 있습니다 : 초전도체의 이론에 의해 그 활동이 설명 될 수있는 재래식 초전도체와 주류 이론으로는 설명 할 수없는 자유로운 초전도체가 있습니다.
MIT 팀에 의한 최근의 연구에 따르면, 그래 핀의 초전도는 후자에 속하며 다른 비 전통적인 초전도체 인 산화 구리 초전도체와 유사합니다.
여기서 우리는 절대 온도가 133도를 넘는 전도성을 지닌 구리 산화물 초전도체에 대해 언급해야합니다. 구리 산화물 초전도체의 기본 메커니즘은 여전히 수수께끼로 남아 있습니다, Laughlin은 다음과 같이 말했습니다 : 놀랍게도 산화 구리의 초전도는 항상 단순한 것이지만 정확하게 이해하고 계산하기는 어렵습니다.
그러나 파격적인 초전도 쿠프 초전도 온도의이 유형은 지금 초전도성을 달성하기 위해 140도 마이너스 깨달았다, 초전도성을 달성 할 가능성이 있지만, 구리 산화물 초전도 시스템이 매우 복잡하고, 실험 조건은 필요 노동력과 물질적 인 자원을 많이 사용하므로 효과적인 다음 연구를 수행하기가 어렵습니다.
그림 1.1 회전 각도에 그라 핀의 丨 두 레이어, 결과 재료는 초전도 속성을 가지고
공교롭게도, 그라 초전도의 비틀림 각도가 스택 중 적어도 이제 측정 결과를 보이는 구리 산화물 초전도 현상이 동일하다는 것을 발견 하였다있다. 물리학 뒤에 있다고 추측 메커니즘도 일관성이 있어야합니다.
Graphene은 육각형 모양의 탄소 원자의 단일 레이어에서 연장되는 재료의 시트가 강철보다 강하고 구리보다 전기 전도성이 강한 놀라운 특성을 지닌 마법의 소재였습니다. 재료는 또한 접촉 할 때 초전도성을 나타내지 만, 이러한 거동은 종래의 초전도성에 의해 설명 될 수있다.
또한 그라 핀은 비교적 단순한 물질로 과학자들은 이미 그라 핀을 매우 잘 연구 해 왔으며 현재 그라 핀에 대한 많은 연구가 안정되고 고품질 인 그래 핀을 만드는 방법에 중점을두고 있습니다. 초전도 현상은 실온 초전도를 달성하는 과학자의 속도를 효과적으로 가속화 할 수 있습니다.
마드리드 재료 과학 연구소의 한 물리학 자 엘레나 바스 콘 (Elena Bascones)은 구리 산화물보다 그래 펜 기반 소자를 연구하기가 쉽기 때문에 그래 핀이 초전도 탐구를위한 유용한 플랫폼이 될 수 있다고 말했다. 예를 들어 구리 산화물 초전도 근본 원인은 물리학 자들이 극한의 자기장에 재료를 넣어야하는 경우가 종종 있습니다. 다른 행동을 탐구하도록 '조정'해야합니다. 많은 실험과 데이터 처리가 필요합니다. 그래 핀을 사용하면 물리학 자들은 전기장을 간단히 조정하면 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.
그림 丨 그래 핀은 특정 각도로 층을 이루는 두 개의 그래 핀 층이 초전도 재료로 사용될 수있을 때 원자 두께의 이차원 탄소 재료입니다
'초전도 마법'
실험을 수행에서, 카오와 그의 옛 스승 파블로 Jarillo - 헤레 및 초전도을 탐구하지 않는 그의 팀은. 오히려 그들은 그래 핀의 성능에 영향을 미칠 수있는 이중층 그래 핀의 편향 각을 탐구하기위한 것입니다.
이론적으로, 그들은 단지 전자가 물질 층과 상호 작용하는 재미있는 방법을 통과하지만, 정확히 모르는 유도 할 수있는 두 개의 차원 물질 층 사이에 특정 각도 편차에서 추측 할 수있는 것은 어떤 종류의 방법.
그러나, Cao Yuan의 팀은 곧 이중층 그래 핀의 예기치 않은 행동을 발견했습니다.
그림 丨 그래 핀
먼저, 해당되었다 모트 절연체 (모트 절연체)를 나타내는 내에 그래 핀 입자 밀도와 전하 운반 구조의 도전성의 측정 결과 - 물질은 입자를 도전성 사용하는 모든 재료 사이의 특성을 갖고, 상호 작용이 흐르는 것을 방지한다.
다음으로 작은 전기장을 사용하여 시스템에 추가 전하 캐리어를 추가하여 초전도체로 만들었으며 결과를 얻은 직후 팀에 자금을 지원했습니다. Jiao-mentor Jarillo-Herrero는 다음과 같이 말했습니다. 함께 파트너와 결과 및 측정을 얻기 위해 다른 장치를 사용, 이것은 우리 팀이 그 확신이다. '
그런 다음, 어떻게 이중층 그래 핀의 초전도 효과를 얻을 수 있습니까? 단층 그래 핀은 전하 중성점에서 선형 에너지 분산 특성을 가지고 있습니다. 두 개의 정렬 된 그래 펜이 겹쳐지면 층간 점프에 의해 밴드가 생깁니다. 하이브리드 화는 스태킹 순서 (AA 또는 AB 스태킹)에 따라 저에너지 밴드 구조의 변화를 유도합니다.
교번하는 AA와 AB 스태킹 영역으로 구성된 새로운 육각형 모아레 패턴이 나타나고 추가적인 비틀림 각도가있는 경우 격자 변조로 작용합니다. 초 격자 전위는 밴드 구조를 미니 천으로 접습니다 MBZ에서의 미니 브릴 리언 구역 MBZ와 인접한 디락 콘 간의 하이브리드 화 효과는 106 m / s의 속도에서 충전 중성점에서의 페르미 속도에 영향을 미친다 일반적인 가치의 감소입니다. 다른 트위스트 각도, 다른 세포 구조를 결정합니다, 즉, 다른 Dirac 콘 사이의 dirac 효과를 결정합니다.
페르미의 속도가 0으로 떨어지는 특별한 각도는 '매직 앵글'로, 첫 번째 각도는 약 1.1 °이고,이 비틀림 각도 근처에서 에너지 밴드는 중립에 가깝고 전체 에너지 밴드 대역폭의 일반적인 에너지는 약 5-10 meV입니다.
실험 결과, 이러한 에너지 밴드의 평탄화는 큰 유효 질량을 나타 냈으며, 절연 상태는 쿨롱 에너지와 양자 운동 에너지 사이의 경쟁 결과로 이해 될 수 있으며, 이는 반 - 채우기에서 절연 상태를 만드는 효과를 가져오고, 서로 다른 비틀림 각도에 따라 유사한 절연체 상태를 얻기 위해 필요한 도핑 농도가 다릅니다.
위에서 언급했듯이, 구리 산화물과 같은 비 전통적인 초전도체는 초전도에 매우 가까운 절연 상태의 존재를 특징으로한다. 연구원들이 온도 대 재료의 전자 밀도를 기술하기 위해 상 다이어그램을 그렸을 때, Jarillo-Herrero는 구리 산화물 초전도체에 대한 유사한 위상 다이어그램 결과는 이중층 그래 핀과 산화 구리의 초전도 메커니즘이 동일 할 수 있다는 증거를 제공한다.
그림 ☑ 그래 핀 전자 구조
마지막으로 그래 핀은 매우 낮은 온도에서도 초전도성을 보일 수 있지만 그래 핀은 초전도와 동일한 온도에서 기존의 초전도체와 비교했을 때 기존의 초전도 재료의 전자 밀도의 극히 일부만 필요합니다 하나
또한, 종래의 초전도 전자가 어떤 방식으로 페어링 할 수있는 전자와 같은 경우, 작은 그라 가능 전자의 수는이고, 다음의 방식 것을 나타내는 반면 안정화 물질 초전도 도전성 전자쌍에 따라 달성 상호 작용은 기존 초전도체보다 훨씬 더 강한해야합니다.
전도성 의심
그러나,이 연구와 관련하여, 일부 물리학 자들이 서로 다른 견해를 표명했다. 에콜 산업의 고급 연구 및 화학 캄란 Behnia을위한 물리학 물리학 연구소 그는 아직없는 그들이 원래 카오는 모트 관찰 발표 정확한 수 있다고 생각했다 팀의 연구 결과에도 불구하고 절연체 상태, 그라 핀은 초전도체입니다 표시하고, 비 재래식 초전도체가 될 가능성이있다.
더욱이, 물리학 자들은 산화 구리와 이중층 그래 핀 초전도체의 초전도 메커니즘이 정확히 동일하다는 것을 확실하게 말할 수 없었기 때문에, 마지막 실험이 메커니즘이 다르다는 것을 증명한다면이 실험의 중요성은 무엇인가? 반영 되었습니까?
이 질문에 대해 원래 카오 우리의 대답은 '기사에서 우리는 초전도 상태에서 이중층 그래 핀의 회전 전이 온도 및 서브 캐리어 농도, 회전 발견 이중층 초전도 그라 핀 사이의 관계를 비교 구리 산화물 초전도체 및 기타 무거운 페르미온보다 큰 경우에도 얽매이지 페어링 강도, 전환 라인 BEC-BCS (그리고 최근 몇 년 동안 비슷한 철 기반 초전도의 매우 뜨거운 부분)에 가까운 그래서 경우에도 초전도과 구리의 기전 다른 산화물, 왜 강력한 초전도 페어링이 이론적으로 이러한 단순 해 보이는 그래 핀 시스템에서 매우 흥미롭고 독특 등의 존재를 연구한다. '
스탠포드의 물리학 자이자 노벨상 수상자 인 로버트 러플린은 모든 행동이 구리 산화물 초전도체에서 발생하는 그래 핀 초전도체에서 발생하는지 불분명하다, 그래서 새로운 실험에 필요한 '믿고 모든 사람의 승인 획득 물리학 자들은 구리 산화물 초전도의 비밀을 밝히려고 30 년 동안 어둠 속을 헤매고 있으며, 많은 사람들이 빛이 막 열리고 있다고 생각합니다.
(NW, 황산)
원제 :이 "자연"종이 중국 21 세 MIT의 과학자 버스트 : 상온 초전도은 그래 핀이 곳 '마법'공개, 주요 돌파구를 달성 할 것으로 예상된다