石墨烯驚現(xiàn)雙重身份，身兼絕緣體與超導(dǎo)體

神奇材料石墨烯又帶來奇跡特性！當(dāng)科學(xué)家將兩層石墨烯片相疊并旋轉(zhuǎn) 1.1 度時，意外發(fā)現(xiàn)石墨烯成為絕緣體，但當(dāng)科學(xué)家額外添加電子之后，石墨烯又搖身一變成零電阻超導(dǎo)體，雙重身份轉(zhuǎn)換好不自在！

自從 2004 年英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功實驗從石墨中分離出石墨烯后，石墨烯就開始不斷刷新各項極限值，比如它是目前世上最薄卻最堅硬的納米材料（比鋼還要強幾百倍），也是目前世上電阻率最小的材料（約 10~6Ω·cm，導(dǎo)電性比銅更強）。

而現(xiàn)在，由麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)與日本國家物質(zhì)材料研究機構(gòu)（National Institute for Materials Science）專家組成的團隊，將兩層石墨烯片以 1.1 度的“魔角”（magic angle）堆疊，使蜂巢般的原子網(wǎng)格稍微交錯，接著添加電子，意外發(fā)現(xiàn)這種材料竟帶來“奇跡”特性：通電前是絕緣體（電荷不能通過材料），通電后是科學(xué)家夢想中零電阻的超導(dǎo)體（電子可以在沒有電阻的情況下穿過材料）。

研究人員嘗試過旋轉(zhuǎn)各種角度，但只有以 1.1 度旋轉(zhuǎn)相疊的石墨烯片其六邊形蜂巢晶格形成精確摩爾結(jié)構(gòu)（moiré configuration），就像莫特絕緣體（Mott insulator）一樣，石墨烯片間的電子出現(xiàn)強烈靜電相互作用，相互排斥而無法流動；而當(dāng)研究人員添加額外電子與原本敵不動我不動的電子結(jié)合后，電子竟突破初始絕緣狀態(tài)并零電阻流動，就像超導(dǎo)體一樣。

▲ 研究人員調(diào)整石墨烯片相疊角度，并找到 1.1 度“魔角”。

雖然去年科學(xué)家也能借由摻雜其他材料來合成石墨烯超導(dǎo)體（在兩層石墨烯片中間插入鈣原子），但這一次，新團隊找到的是完全不依賴其他材料、又能身兼絕緣體的“純石墨烯超導(dǎo)體”。

團隊在《自然》期刊連發(fā)兩篇論文，這次研究還有另一個原因令人如此興奮，是因為它可能是開發(fā)能于室溫下工作的超導(dǎo)體關(guān)鍵。大多數(shù)超導(dǎo)體只能在接近絕對零度的溫度發(fā)揮零電阻特性，科學(xué)家一直致力于尋求提高超導(dǎo)材料的臨界溫度，目前高溫超導(dǎo)體的最高溫度紀錄是馬克普朗克研究所的 203K（-70°C）。

如果超導(dǎo)體能在室溫發(fā)揮功力，將大幅減少冷卻成本，醫(yī)療技術(shù)、電網(wǎng)、消費性電子產(chǎn)品等變得更高效，潛力相當(dāng)無比。