“魔角”石墨烯超流刚度首次测得
发布时间: 2025-02-06 08:05:07
图中两片石墨烯以略微偏移的“魔角”堆叠在一起，既可以成为绝缘体，也可以成为超导体。图片来源：美国麻省理工学院
科技日报北京2月5日电（记者张佳欣）美国麻省理工学院和哈佛大学的物理学家首次在“魔角”石墨烯中直接测量了超流刚度。超流刚度是衡量材料超导性的一个关键指标。这是科学家首次在二维材料中直接测得超流刚度，意味着人们朝着理解这种材料的非凡特性迈出了一大步。相关研究结果5日发表在《自然》杂志上。
在超导材料中，电子对（库珀对）在材料内部移动时所遇到的阻力大小取决于多种条件，包括在材料中移动的电子对的密度。2018年，麻省理工学院物理学家巴勃罗·贾里洛-埃雷罗发现，“魔角”石墨烯具有超导电性，电子以库珀对形式形成超流体，可轻松无摩擦地在材料中移动。但是，他们不清楚该材料是如何实现超导的。
测量“魔角”扭转双层石墨烯（MATBG）超流刚度，主要难题在于如何将这种非常脆弱的材料完美地贴合到微波谐振器的表面。
此次，贾里洛-埃雷罗团队开发了一种新方法。他们首先使用传统方法组装MATBG，并将其夹在两层绝缘的六方氮化硼之间，以保持其原子结构和特性不受损害。接着，他们利用特殊技术将MATBG的一端锐化，就像用锋利的刀切割一样，暴露出新鲜的MATBG表面。然后，在这个表面上沉积铝，这是他们在超导量子计算研究中常用的材料，以形成良好的超导接触并形成铝引线。
团队将这个带有MATBG的铝引线连接到更大的铝制微波谐振器上。他们通过谐振器发送微波信号，并观察由此产生的谐振频率偏移。这个偏移量可帮助他们推断出MATBG的动电感，这是与超流刚度直接相关的参数。
当团队将测得的电感值转换为超流刚度的数值时，他们惊讶地发现这个值远大于传统超导理论所预测的值，数值提高了10倍。测量结果表明，“魔角”石墨烯的超导性主要受量子几何的影响，即电子量子态之间的特殊相互关联方式。
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