近日，武漢大學科研團隊取得了一項令人矚目的成就，他們成功創造了一種新型材料——高品質的雙層石墨烯與二硒化鎢異質結材料，這種材料展現出了非凡的超導性能。
石墨烯圖片
超導，簡單來說，就是材料在特定條件下電阻變為零，且能完全排斥磁場的奇妙現象，它在科技領域有著廣泛的應用前景，比如提升磁共振成像的清晰度、製造更強大的超導磁體，甚至為量子計算技術的發展鋪路。
過去，科學家已經在不同形式的石墨烯中觀察到了超導現象，但大多集中在通過空穴摻雜實現的超導態。然而，對於電子摻雜引起的超導，研究相對較少。這次，武漢大學的科學家打破了這一局限，他們通過巧妙的設計，將雙層石墨烯與二硒化鎢結合在一起，形成了一個異質結材料。這種設計不僅讓科學家能夠施加高達1.6V/nm的強大垂直電場，還使得他們能夠在實驗中同時探索空穴和電子摻雜下的超導行為。
研究顯示，這種新型材料在空穴和電子摻雜下都展現出了超導態，這在單層或少層石墨烯中尚屬首次。更令人興奮的是，通過調節電場和載流子（電荷載體）的濃度，科學家可以像調節開關一樣控制超導態強度。在極低的溫度下，他們觀察到了超導轉變的最高溫度記錄，這在同類材料中是非常罕見的。
二硒化鎢圖片
這項研究的深入揭示了超導背後的複雜機制。科學家發現，在強大的電場作用下，雙層石墨烯中的電子或空穴在接近二硒化鎢層時會受到一種叫做“自旋軌道耦合”的力，這種力會改變電子的行為，進而影響材料的超導性能。此外，他們還觀察到了一系列由對稱性破缺引起的量子態變化，這些變化與材料內部的電子結構和相互作用密切相關。
該研究成果已以“Tunable superconductivity in electron- and hole-doped Bernal bilayer graphene”為題發表在Nature上。該成果不僅加深了我們對石墨烯基超導材料的理解，還為未來新型超導量子器件的設計和開發提供了寶貴的啟示。
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