重大发现!“魔角”三层石墨烯或是罕见防磁超导体 有望应用于量子计算
原创
2021-07-23 16:39 星期五
财联社 黄君芝

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,据报道,麻省理工学院的物理学家们发现,“魔角”扭曲三层石墨烯不仅有一个令人印象深刻的奇异名字,它可能是一种特别罕见的超导体,从医疗设备到量子计算机,这种超导体可能在任何地方都有用武之地。

在《自然》杂志日前发表的一项研究中,研究人员报告称,这种材料在高达10特斯拉的惊人高磁场下表现出超导性,这比传统超导体所预测的材料所能承受的磁场高出三倍。

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研究结果强烈表明,最初由同一小组发现的魔角三层石墨烯是一种非常罕见的超导体,被称为“自旋三重态”,它不受高磁场的影响。这种奇异的超导体可以极大地改善磁共振成像等技术,该技术在磁场下使用超导线与生物组织共振并成像。

目前,MRI核磁共振成像机器仅限于1到3特斯拉的磁场。如果它们可以用自旋三重态超导体制成,那么就可以在更高的磁场下运行,从而产生更清晰、更深层的人体图像。

此外,三层石墨烯中自旋三重态超导性的新证据也可以帮助科学家设计更强大的超导体以用于实际的量子计算。

麻省理工学院物理学教授Pablo Jarillo-Herrero表示,“这个实验的价值在于它教会了我们关于超导性、关于材料如何表现的知识,所以有了这些经验教训,我们可以尝试为其他更容易制造的材料设计原理,这可能会给出更好的超导性。”

据悉,该研究的合著者还包括中国著名物理学家曹原。该团队早在2018年就发现“魔角”双层石墨烯在冷却到1.7K,当暴露在电场中时,可以充当超导体或绝缘体,而曹原更是因为这一发现被选为当年科学界最重要的10人之一,人们称他为“石墨烯驾驭者(Graphene Wrangler)”。

超导材料非常受欢迎:它们可以在不损失热量的情况下导电,如果我们能让它们在正常温度下工作,这可能会给我们的电网、便携式设备等等带来革命性的变化。通常,超导体中的电子会以所谓的“库珀对(Cooper pair)”耦合,然后在没有阻力的情况下穿过材料,就像特快列车上的乘客一样。

这就是传统的自旋单线态。罕见的超导体是自旋三重态,这意味着电子具有相同的自旋。至关重要的是,这意味着强磁场不会让我们想象中的特快列车脱轨,因为两个电子的能量都朝着同一个方向移动。

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通过一系列实验,该团队发现,在超过10特斯拉的磁场下,“魔角”扭曲三层石墨烯可以继续表现出超导体的特性——这是自旋单线态材料的预期性能的三倍。而更重要的是,随着磁场强度的增加,超导性消失了,然后又回来了。

曹原指出:“在自旋单线态超导体中,如果超导性消失了,它就再也不会回来了,永远不会回来了。而在这里,它又出现了,所以这肯定说明这种材料不是自旋单线态。”

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