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天然雙層石墨烯內(nèi)發(fā)現(xiàn)新奇量子效應(yīng)

   2022-08-17 中國經(jīng)濟網(wǎng)

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核心提示:科技日報北京8月16 日電 (記者劉霞)由德國哥廷根大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究團隊在最新一期《自然》雜志上發(fā)

科技日報北京8月16 日電 (記者劉霞)由德國哥廷根大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究團隊在最新一期《自然》雜志上發(fā)表論文稱,他們在對天然雙層石墨烯開展的高精度研究中,發(fā)現(xiàn)了新奇的量子效應(yīng),并從理論上對其進行了解釋。這一系統(tǒng)制備簡單,為載荷子和不同相之間的相互作用提供了新見解,有助于理解所涉及的過程,促進量子計算機的發(fā)展。

2004年,兩位英國科學(xué)家用一種非常簡單的實驗方法從石墨中剝離出石墨片,并借助特殊膠帶得到僅由一層碳原子構(gòu)成的石墨烯。石墨烯是強度最高的材料之一,具有很好的韌性、超強導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性,應(yīng)用前景十分廣闊。如果將兩層石墨烯彼此以特定的角度偏轉(zhuǎn),所得到的系統(tǒng)甚至?xí)憩F(xiàn)出超導(dǎo)性和其他激發(fā)量子效應(yīng),如磁性。但迄今為止,很難制備出這種偏轉(zhuǎn)的雙層石墨烯。

在最新研究中,科學(xué)家們使用了天然形成的雙層石墨烯。他們首先使用簡單的膠帶從一塊石墨中分離出石墨烯樣品。為觀察量子力學(xué)效應(yīng),施加了垂直于樣品的高電場。他們發(fā)現(xiàn),所得到系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,且擁有類似能量的電荷載流子出現(xiàn)強烈的累積效應(yīng)。

研究進一步發(fā)現(xiàn),在略高于絕對零度(-273.15℃)下,石墨烯中的電子可相互作用,出現(xiàn)了各種意想不到且復(fù)雜的量子相。如相互作用導(dǎo)致電子自旋對齊,使材料在沒有施加外部影響的情況下具有磁性。通過改變電場,研究人員也能不斷改變雙層石墨烯中載流子相互作用的強度。此外,電子運動的自由度在特定條件下會受限,形成電子晶格,且由于相互排斥作用,不再有助于傳輸電荷,導(dǎo)致系統(tǒng)對電絕緣。

哥廷根大學(xué)物理系托馬斯·韋茨教授表示,新系統(tǒng)的主要優(yōu)勢之一在于材料制備非常簡單,研究人員不需要像以前那樣在高溫下才能獲得所需結(jié)果,可用于進一步研究各種量子態(tài)及量子計算機等。

總編輯圈點

雙層石墨烯是由兩層以六角形蜂巢結(jié)構(gòu)周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式構(gòu)成的一種二維碳材料。查閱資料可以發(fā)現(xiàn),科研人員已在它身上做了不少研究。他們在雙層石墨烯中發(fā)現(xiàn)了量子反常霍爾效應(yīng);發(fā)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)雙層石墨烯可在低溫下實現(xiàn)超導(dǎo)。這次,又是一篇關(guān)于雙層石墨烯的《自 然》論文——在略高于絕對零度的條件下,石墨烯的電子出現(xiàn)了出人意料的復(fù)雜的量子相。看樣子,雙層石墨烯確實是種“寶藏”材料,人們總可以從不同角度挖掘出驚喜。(科技日報)



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