日實(shí)現(xiàn)石墨烯超導(dǎo)化

日實(shí)現(xiàn)石墨烯超導(dǎo)化

日本東北大學(xué)原子分子材料科學(xué)高等研究機(jī)構(gòu)（AIMR）和東京大學(xué)的研究者成功實(shí)現(xiàn)了石墨烯的超導(dǎo)化。該研究讓石墨烯內(nèi)部具備“零電阻”，從而有助于電子的快速通過(guò)，為超高速超導(dǎo)納米元件與設(shè)備的應(yīng)用開發(fā)提供了保證。

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型蜂巢晶格狀的平面薄膜，內(nèi)部準(zhǔn)粒子為無(wú)質(zhì)量狄拉克費(fèi)米子，有助于電子快速遷移，其遷移率是半導(dǎo)體硅材料的200倍以上。石墨烯優(yōu)異的特性使其在電子行業(yè)中具有優(yōu)異的發(fā)展前景。各國(guó)科研工作者雖然針對(duì)石墨烯的超導(dǎo)性展開研究，但“零電阻”的實(shí)現(xiàn)還尚屬首次。

日本研究者開發(fā)了在碳化硅（SiC）單晶體上一層層地制備石墨烯的方法，向雙層碳原子石墨烯薄膜之間插入鈣原子，得到三明治狀雙層石墨烯層間化合物C6CaC6，如圖1所示。采用微米級(jí)4探針法測(cè)量材料的導(dǎo)電性，發(fā)現(xiàn)在溫度為4 K（-269℃）時(shí)出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。研究小組還對(duì)未插入任何材料的純雙層石墨烯和插入鋰的石墨烯層間化合物C6LiC6進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。研究人員據(jù)此推斷，超導(dǎo)現(xiàn)象是由鈣原子向石墨烯層提供了電子所致。

相關(guān)負(fù)責(zé)人稱，接下來(lái)研究小組還將就超導(dǎo)石墨烯理化性質(zhì)以及鈣原子以外金屬原子插層的石墨烯層間化合物展開進(jìn)一步的研究。

圖1　插入鈣原子的三明治狀雙層石墨烯層間化合物C6CaC6

賈磊譯自wpi-aimr.tohoku.ac.jp.2016-02-15