首页 学院简介 管理团队 新闻资讯 学生天地 通知公告 党团思政 招生就业 校友资讯 联系我们
重磅:我院2010级少年班校友曹原在石墨烯超导获重大发现

时间:2018-03-06

范德华异质结构是二元构筑单元垂直堆叠而成,在二维材料丰富的功能性基础上,可以实现更多的工程化操纵。其中一个方向,就是通过控制层间扭曲角度,来调控范德华异质结的电子结构。

有鉴于此,MITPablo Jarillo-HerreroYuan Cao(曹原,1996年出生,中国科学技术大学少年班学院2010级少年班校友)团队在魔角扭曲的双层石墨烯中发现新的电子态,可以简单实现绝缘体到超导体的转变,打开了非常规超导体研究的大门。


  

  

Nature杂志在201835日以背靠背的长文形式,在网站刊登了这项还没来得及排版的重大研究成果,并配以Eugene J. Mele的评述。

1.不同角度扭曲的双层石墨烯

  

Cao等人发现,堆叠的双层石墨烯中,电学行为对原子排列非常敏感,影响层间电子移动。对于物理学家而言,电学行为通常是由能量主导。而在这项研究中,单层石墨烯内原子间电子移动有关的能量在eV量级,而在层间的电子移动涉及的能量量级最多在几百meV

  

要想解开这个谜题,对称性是关键!

  

对于结构高度有序的单层石墨烯而言,电学性能取决于对称性。研究人员制备了旋转扭曲的双层石墨烯,通过电子之间的相互作用来控制整个体系的电子态。旋转产生的位错使石墨烯层中的电子能带结构不再对齐,单胞变大。

2.扭曲双层石墨烯中的电子能带结构

  

研究人员发现,扭曲的双层石墨烯会产生两种全新的电子态。一种电子态是Mott绝缘体态,来源于电子之间的强排斥作用。另一种是超导态,来源于电子之间的强吸引作用而产生零电阻。

  

当旋转角度小到魔角时(<1.05°),扭曲的双层石墨烯中垂直堆叠的原子区域会形成窄电子能带,电子相互作用效应增项,从而产生非导电的Mott绝缘态。在Mott绝缘态情况下加入少量电荷载流子,就可以成功转变为超导态。

3.石墨烯超晶格中的二维超导

  

这项研究成果,为超导研究带来了新思路,也为全新电学性能的探索和工程化提供了良好的研究平台!

1. Yuan Cao, P. Jarillo-Herrero et al. Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices. Nature 2018.

2. Yuan Cao, P. Jarillo-Herrero et al. Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices. Nature 2018.

3. Eugene J. Mele. Novel electronic states seen in graphene. Nature 2018.



 
少年班学院©2007‐2014 All rights reserved. 联系我们
如果您正在使用版本不低于IE9.0的浏览器或手机浏览器,欢迎浏览我们的新版主页