研究人員已經找到了一種方法來觸發石墨烯的固有的，但以前隱藏的能力，作為超導體 - 意味著它可以承載具有零電阻的電流。

    在Nature Communications中報道的這一發現進一步增強了石墨烯的潛力，石墨烯已經被廣泛認為是可以改變諸如醫療保健和電子產業等行業的材料。石墨烯是一種二維的碳原子片層，結合了幾種顯著的性能；例如，它非常堅固但也柔韌，并且具有高導電性。

    自從2004年發現以來，科學家們推測石墨烯也可能具有超導體的能力。到目前為止，石墨烯中的超導性僅通過用超導材料摻雜或通過將超導材料放置在超導材料上來實現，該超導材料可以損害其一些其它性質。

    MRI掃描器

    但是在新的研究中，劍橋大學的研究人員設法激活了石墨烯在其自身權利中的超導潛能。這通過將其與稱為鐠鈰鈰氧化銅（PCCO）的材料偶聯而實現。超導體已經用于許多應用中。因為它們產生大的磁場，所以它們是MRI掃描器和懸浮列車中的必要組件。它們還可以用于制造能量儲存能量數百萬年的節能電力線和裝置。

    懸浮列車

    超導石墨烯開辟了更多的可能性。研究人員建議，例如，石墨烯現在可以用于創造新型的超導量子器件的高速計算。有趣的是，它也可以用來證明存在一種被稱為“p波”超導性的超導性的神秘形式，學者們一直在努力驗證超過20年。

    研究由Angelo Di Bernardo博士和劍橋大學圣約翰學院的研究員JasonRobinson博士，以及來自劍橋石墨烯中心的合作者Andrea Ferrari教授，來自耶路撒冷希伯來大學的Oded Millo教授和來自特隆赫姆挪威科技大學的Jacob Linder教授。“長期以來，假設在正確的條件下，石墨烯應該經歷超導轉變，但是很難實現，”Robinson說。“這個實驗的想法是，如果我們耦合石墨烯到超導體，我們可以切換內在的超導性嗎？然后問題變成你怎么知道你看到的超導性來自石墨烯本身，而不是底層超導體？”

    在使用金屬基超導體的先前研究中采用了類似的方法，但是成功有限。“將石墨烯放在金屬上可以顯著改變性能，所以它在技術上不再像我們預期的那樣，”Di Bernardo說。“你所看到的不是石墨烯的固有超導性，而是基礎的超導體的傳導。

    PCCO是來自被稱為”銅酸鹽“的更廣泛種類的超導材料的氧化物。它還具有很好理解的電子性能，并且使用稱為掃描和隧道顯微鏡的技術，研究人員能夠區分PCCO中的超導性和石墨烯中觀察到的超導性。超導性的特征在于電子相互作用的方式：在超導體內，電子形成對，并且一對電子之間的自旋對準可以根據所涉及的超導性的類型或”對稱性“而不同。在PCCO中，例如，在所謂的”d波狀態“中，對的自旋狀態不對準（反平行）。

    相比之下，當石墨烯在劍橋主導的實驗中耦合到超導PCCO時，結果表明石墨烯內的電子對處于p波狀態。”我們在石墨烯中看到的，換句話說，是一種非常不同類型的超導性比PCCO，“羅賓遜說。”這是一個非常重要的步驟，因為這意味著我們知道超導不是來自其外部，因此PCCO只需要釋放石墨烯的內在超導性。

    仍然不清楚該團隊激活了什么類型的超導性，但他們的結果強烈地表明它是難以捉摸的“p波”形式。如果是這樣，這項研究可以改變目前關于這種神秘類型的超導性是否存在的辯論，如果是這樣的話，究竟是什么。1994年，日本的研究人員使用稱為釕酸鍶（SRO）的材料制造了可能具有p波對稱性的三重超導體。 SRO的p波對稱性從未得到充分驗證，部分地受到SRO是大體積晶體的事實的阻礙，這使得難以制造用于測試理論的必要類型的器件。

    Robinson說：“如果石墨烯確實產生了p波超導性，石墨烯可以用作創建和探索基礎和應用研究領域的全新超導器件的支架。”這樣的實驗必然會通過更好地理解p波超導性，以及它在不同設備和環境中的行為，導致新的科學。這項研究還有其他影響。例如，它表明石墨烯可用于在超導電路中制造類似晶體管的器件，并且其超導性可以并入分子電子學中。“原則上，考慮到可以結合到石墨烯表面的各種化學分子，這項研究可以導致具有基于超導石墨烯的新功能的分子電子器件的發展。”

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責任編輯：王元

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