提高石墨烯双层的超导性

大约十年前，研究人员预示着发现了一种新的具有特殊光学和电学特性的超薄材料，使其成为石墨烯的潜在竞争对手，石墨烯是2004年发现的一种碳形式，其特殊性质引起了科学家和工程师的兴趣。

现在，加州理工学院的工程师已经证明，其中一种神奇的材料，二硒化钨，不仅是石墨烯的竞争对手，也是石墨烯的补充。通过将二硒化钨添加到石墨烯中，他们设法增强了石墨烯的电性能，丰富了我们对超导性的理解，并为工程更强大和高度可调的石墨烯基超导体铺平了道路。

要了解研究人员的成就，首先了解石墨烯是什么以及为什么它的特性使其有用是有帮助的。

石墨烯是一种碳形式，由单层原子组成，排列成蜂窝状的晶格图案，看起来像鸡丝。当这些片材中的两片或多片堆叠在一起时，所得材料可以表现出截然不同的电子特性，这取决于这些片材相对于彼此的对齐方式。

例如，当第二片石墨烯相对于其铺设的薄片仅“扭曲”1.05度(称为“魔角”)时，由此产生的堆栈可以是绝对没有任何电阻导电的超导体或完全阻止电通过的绝缘体。在这些截然不同的状态之间切换所需要的只是外部电场的应用。

令人惊讶的是，2022 年进行的研究表明，即使是未扭曲的石墨烯双层也可以表现出超导性。石墨烯的未扭曲双层比扭曲的石墨烯更容易大量制造，但这些未扭曲的双层中的超导状态更精细，更难调谐，并且仅在比扭曲结构低约一百倍的温度下发生(这种温度通常只能通过使用液氦来实现)。加州理工学院的新研究展示了一种用二硒化钨显着改善这种脆弱超导性的方法。

在11月10日发表在《自然》杂志上的这项新工作中，应用物理和材料科学助理教授Stevan Nadj-Perge和他的同事发现，当二硒化钨放置在石墨烯双层上时，未扭曲的石墨烯的超导性大大提高。值得注意的是，超导临界温度(即材料可以超导的最热温度)提高了<>倍。通过与石墨烯近距离接触，二硒化钨将“魔角”扭曲的优势赋予了更大规模生产的未扭曲石墨烯。这一发现为超导性的本质提供了新的见解，并提出了在其他相关石墨烯基材料中增强超导性的策略。

“这些石墨烯双层器件非常可调，”新工作的通讯作者Nadj-Perge说。“例如，通过施加电场，我们可以从双层中添加或去除电子，并将它们推向和远离二硒化钨。这使我们能够仔细研究系统中超导性的增强。

“高水平的可调性为未来的应用开辟了可能性，”Nadj-Perge继续说道。“与扭曲的石墨烯超导体相比，未扭曲的石墨烯超导体的主要优势之一是它们在无序和缺陷方面更清洁，并且在技术上更容易制造。这意味着这些结构可能更适合需要制作相同设备架构的许多相同副本的应用程序。