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美国麻省理工学院与哈佛大学的物理学家团队首次在“魔角”石墨烯中直接测量了超流刚度,这一关键指标的测量标志着科学家们在理解二维材料非凡特性方面取得了重要突破。研究成果表明,“魔角”石墨烯的超导性主要受量子几何效应影响。

近日,来自美国麻省理工学院与哈佛大学的物理学家团队在科研领域取得了突破性进展,他们首次在“魔角”石墨烯中成功直接测量了超流刚度,这一关键指标对于评估材料的超导性能至关重要。这一里程碑式的成就标志着科学家们在理解二维材料非凡特性方面迈出了重要一步,相关研究成果已于5日权威发布在《自然》杂志上。

在超导材料内部,电子对(库珀对)的移动阻力受多种因素影响,其中电子对密度尤为关键。早在2018年,麻省理工学院的物理学家巴勃罗·贾里洛-埃雷罗便发现了“魔角”石墨烯的超导电性,电子以库珀对形式形成超流体,在材料中无摩擦地自由移动。然而,该材料的超导机制一直是个谜。

测量“魔角”扭转双层石墨烯(MATBG)的超流刚度面临诸多挑战,尤其是如何将这种极其脆弱的材料完美贴合到微波谐振器表面。为解决这一难题,贾里洛-埃雷罗团队创新性地开发了一种新方法。

他们首先采用传统方法组装MATBG,并将其巧妙地夹在两层绝缘的六方氮化硼之间,以确保其原子结构和特性完好无损。随后,团队利用特殊技术将MATBG的一端锐化,暴露出新鲜的表面。在此基础上,他们沉积了铝,这是超导量子计算研究中的常用材料,以形成良好的超导接触并构建铝引线。

接下来,团队将这个带有MATBG的铝引线连接到更大的铝制微波谐振器上,通过谐振器发送微波信号,并仔细观察由此产生的谐振频率偏移。这一偏移量成为推断MATBG动电感的关键线索,而动电感与超流刚度直接相关。

当团队将测得的电感值转换为超流刚度的数值时,一个惊人的发现浮出水面:该值远超传统超导理论的预测,数值足足提高了10倍。这一结果表明,“魔角”石墨烯的超导性主要受到量子几何效应的影响,即电子量子态之间独特的相互关联方式。

此次研究成果不仅深化了我们对二维材料超导性的理解,更为超导材料的研究和应用开辟了新方向。随着研究的深入,我们期待“魔角”石墨烯在超导领域展现出更多潜力。

(来源:科技日报,图片及链接信息已保留,未做改动)