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(lái)“模擬”一種材料的方法，物理學(xué)家多年來(lái)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(lái)更好地理解這種被稱(chēng)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(jiàn)的材料，能夠完美地導(dǎo)電，完全沒(méi)有損耗。科學(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。科學(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(shuō)：“每當(dāng)有人發(fā)現(xiàn)一類(lèi)新的超導(dǎo)體時(shí)，物理學(xué)界都會(huì)坐下來(lái)注意。但這一個(gè)特別令人興奮，因?yàn)樗腔谑┻@樣簡(jiǎn)單而普通的材料。”

石墨烯就像材料所能得到的一樣簡(jiǎn)單：它是碳原子的薄晶格。科學(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(jiǎn)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(guó)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(lái)“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(lái)，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(lèi)似于超導(dǎo)的特性，其中粒子可以流過(guò)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(guān)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(guò)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(shuō)：“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(guò)我們的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。” 通過(guò)使用新裝置來(lái)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