芝加哥大學(xué)和山西大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)創(chuàng)造了一種使用激光來“模擬”一種材料的方法，物理學(xué)家多年來一直對(duì)其潛在的技術(shù)應(yīng)用垂涎三尺。 新方法可以用來更好地理解這種被稱為扭曲雙層晶格的材料是如何工作的，并且可能為新的電子學(xué)或量子技術(shù)指明道路。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《自然》雜志上。

對(duì)傳統(tǒng)的扭曲

四年前，麻省理工學(xué)院的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人驚訝的轉(zhuǎn)折：如果你在堆疊時(shí)扭曲薄片，普通碳原子的薄片可以變成超導(dǎo)體。

新研究發(fā)現(xiàn)了一種模擬超導(dǎo)性的方法，當(dāng)兩片石墨烯在分層時(shí)略微扭曲時(shí)，就會(huì)發(fā)生超導(dǎo)性，如上所述。 超導(dǎo)體是一種罕見的材料，能夠完美地導(dǎo)電，完全沒有損耗?？茖W(xué)家和工程師可以設(shè)想超導(dǎo)體的各種用途——它們已經(jīng)是MRI的基礎(chǔ)——但它們有很大的局限性，包括必須冷卻到零度以下才能工作?？茖W(xué)家們希望，如果他們能夠完全理解其中的物理原理，他們就可以設(shè)計(jì)出新的超導(dǎo)體，從而解鎖各種技術(shù)可能性。

芝加哥大學(xué)物理學(xué)教授，新研究的合著者Cheng Chin說：“每當(dāng)有人發(fā)現(xiàn)一類新的超導(dǎo)體時(shí)，物理學(xué)界都會(huì)坐下來注意。但這一個(gè)特別令人興奮，因?yàn)樗腔谑┻@樣簡單而普通的材料?！?/p>

石墨烯就像材料所能得到的一樣簡單：它是碳原子的薄晶格?？茖W(xué)家們迅速探索可能的應(yīng)用，引發(fā)了對(duì)一個(gè)名為扭曲電子學(xué)或“扭曲電子學(xué)”的新領(lǐng)域的大量研究。

但是，盡管石墨烯在某些方面非常簡單，但事實(shí)證明，研究它在堆疊在這些扭曲的片材中時(shí)如何超導(dǎo)是有些困難的。例如，科學(xué)家希望以微小的增量旋轉(zhuǎn)紙張，看看每次屬性會(huì)發(fā)生什么;但是石墨烯片往往會(huì)相互粘連，如果它們被移動(dòng)就會(huì)撕裂。

ChengChin的實(shí)驗(yàn)室和山西大學(xué)科研小組以前設(shè)計(jì)了使用冷卻原子和激光復(fù)制復(fù)雜量子材料的方法，以便于研究。因此他們認(rèn)為他們可以對(duì)扭曲的雙層系統(tǒng)做同樣的事情。 該團(tuán)隊(duì)與中國山西大學(xué)的研究人員合作，設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新的方式來“模擬”這些扭曲的晶格。

他們?nèi)×艘环N叫做銣的元素原子，將它們冷卻下來，然后用激光將它們組織成兩個(gè)晶格，一個(gè)在另一個(gè)之上。然后，為了幫助兩個(gè)晶格相互作用，科學(xué)家們應(yīng)用了微波。

這種組合起到了作用。該材料顯示出“超流動(dòng)性”——一種類似于超導(dǎo)的特性，其中粒子可以流過它而不會(huì)因摩擦而減慢速度。使用該系統(tǒng)，研究人員在原子中觀察到了一種新形式的超流體，這要?dú)w功于調(diào)整兩個(gè)晶格的扭轉(zhuǎn)角度的能力。 通過改變微波的強(qiáng)度，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)他們可以控制兩個(gè)晶格相互作用的強(qiáng)度。同時(shí)，他們可以輕松地用激光旋轉(zhuǎn)兩個(gè)晶格。

Cheng Chin教授說：“這使它成為一個(gè)非常靈活的系統(tǒng)，例如，有些人想探索超越兩層到三層甚至四層。這很容易通過我們的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)。” 通過使用新裝置來探索這些扭曲的雙層晶格，科學(xué)家們希望能夠突破新的電子材料或控制量子技術(shù)中信息的方法。





審核編輯：劉清