科學(xué)家揭示石墨烯插層材料超導機制

　　美國能源部國家直線(xiàn)加速器實(shí)驗室(SLAC)和斯坦福大學(xué)的一項研究首次揭示了石墨烯插層復合材料的超導機制，并發(fā)現一種潛在的工藝能使石墨烯這個(gè)具有廣闊應用前景的“材料之王”獲得人們夢(mèng)寐以求的超導性能。該研究有助于推動(dòng)石墨烯在超導領(lǐng)域的應用，開(kāi)發(fā)出高速晶體管、納米傳感器和量子計算設備。相關(guān)論文發(fā)表在3月20日出版的《自然通訊》雜志上。

　　石墨烯是一種呈蜂巢狀排列的單層碳原子結構，是目前已知的最薄、強度最高的物質(zhì)，具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能�？茖W(xué)家希望用石墨烯制成高速晶體管、傳感器乃至透明電極。此前，人們就已知道摻雜金屬原子的石墨烯插層材料具有二維超導性能。但科學(xué)家們一直無(wú)法確定超導性是來(lái)源于金屬、石墨烯還是兩者兼而有之。新研究首次通過(guò)令人信服的證據，證明了是石墨烯在其中起到了關(guān)鍵作用。為相關(guān)材料在納米級電子器件領(lǐng)域的應用鋪平了道路。

　　物理學(xué)家組織網(wǎng)3月21日的報道中稱(chēng)，研究人員是通過(guò)強紫外線(xiàn)對一種名為鈣插層石墨烯(CaC6)的材料進(jìn)行研究后得出上述結論的。CaC6是純鈣晶體與石墨發(fā)生化學(xué)反應所得到的石墨烯插層復合材料，由單層碳原子石墨烯和單層原子鈣交替復合而成。

　　研究人員將一份來(lái)自英國倫敦大學(xué)學(xué)院(UCL)的CaC6樣品在斯坦福同步輻射光源實(shí)驗室(SSRL)進(jìn)行了分析。高強度的紫外線(xiàn)能夠幫助他們深入到材料內部進(jìn)行觀(guān)察，分清每層內的電子是如何運動(dòng)的。實(shí)驗顯示，電子在石墨烯和鈣原子層之間來(lái)回散射，與材料的原子結構發(fā)生自然振動(dòng)并發(fā)生配對，從而獲得了無(wú)電阻的導電性。

　　領(lǐng)導此項研究的斯坦福材料和能源科學(xué)研究所(SIMES)研究生楊碩龍(音譯)說(shuō)：“我們的工作開(kāi)辟了一條讓石墨烯實(shí)現超導的途徑，這是科學(xué)界夢(mèng)想了很久卻一直未能實(shí)現的目標。借助同步輻射光源我們第一次揭示了石墨烯插層材料的超導機制。”

　　他說(shuō)，雖然超導石墨烯的應用在短期內還難以實(shí)現，但其潛在的應用價(jià)值已經(jīng)不可限量，包括超高頻率模擬晶體管、納米傳感器及電子器件以及量子計算機在內的眾多設備都有望因此成為現實(shí)。