研究人員已經(jīng)找到了一種激發(fā)石墨烯潛在超導體能力的方法，這意味著石墨烯在傳導電流時的電阻將為零！

近日發(fā)表在《Nature Communications》上的這一發(fā)現(xiàn)進一步增強了石墨烯的應(yīng)用潛力。

石墨烯是二維碳原子層，有幾大顯著性能，例如石墨烯強度十分高，但質(zhì)量很小，具有柔韌性和超高的導電性，被廣泛認為是推動醫(yī)療和電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要材料。

從2004年石墨烯問世以來，科學家們推測石墨烯可能具有超導能力。然而，到目前為止，石墨烯的超導性能僅可以通過摻雜或放置在其他超導材料上實現(xiàn)。這兩種超導都是以犧牲石墨烯其他性能為代價的。

但是，在最新的研究中，英國劍橋大學的研究人員用與鐠鈰氧化銅（PCCO）材料耦合的方法激活了石墨烯自身具有的超導潛能。

超導體已經(jīng)廣泛應(yīng)用在日常生活的很多領(lǐng)域。因為超導體可以產(chǎn)生巨大的磁場，它們是核磁共振和懸浮列車中的必要組件。它們還可用于制造傳輸和儲存能量長達數(shù)百萬年的電力線路及裝置。

超導石墨烯的出現(xiàn)開辟了更多可能性。研究人員提到，超導石墨烯可以用于超高速計算機中的新型超導量子器件。更為吸引人的是，它可以用來證明 “p波超導”這一超導特殊形式的存在。科學家為此已經(jīng)苦苦追尋了20年。

該研究由劍橋大學圣約翰學院的安杰洛·迪·貝爾納多（Angelo DiBernardo）博士和杰森·羅賓遜（Jason Robinson）博士牽頭，合作者有來自劍橋石墨烯中心的安德烈·法拉利（Andrea Ferrari）教授，耶路撒冷希伯來大學的俄德·米羅（Oded Millo）教授和特隆赫姆挪威科技大學的雅各布·林德（Jacob Linder）教授。

羅賓遜說， “長期以來，科學家相信在特定條件下，石墨烯可以完成超導轉(zhuǎn)變，但一直無法實驗證明。我們的實驗設(shè)想是，如果將石墨烯耦合到超導體的話，是否可以激活石墨烯潛在的超導性能呢？

然而，緊接著問題將變成，如何知道觀測到的超導性來自石墨烯本身，而不是耦合的底層超導體？”

迪·貝爾納多也說道，過去人們將石墨烯放在金屬基底超導體上進行過類似的研究。然而，置于金屬上的石墨烯性能發(fā)生顯著改變，電學性能不再遵循人們的預期。實驗證明，這種情況下觀測到的超導性能并不是石墨烯的固有性能，而來源于金屬基底的超導。

鐠鈰氧化銅超導體是“銅酸鹽”氧化物超導體家族中的一員，具有明顯的電學特征。使用掃描隧道顯微鏡，研究人員可以很容易地區(qū)分鐠鈰氧化銅和石墨烯的超導性。

我們通常通過觀測電子相互作用的方式來驗證超導性的存在：超導體內(nèi)電子對的自旋狀態(tài)會根據(jù)超導性的不同類型（對稱性）而改變。例如在PCCO超導體的“d波狀態(tài)”下，電子對的自旋狀態(tài)為反平行。

然而，當石墨烯耦合到超導PCCO上時，實驗結(jié)果顯示石墨烯內(nèi)的電子對處于p波狀態(tài)。羅賓遜說 “我們在石墨烯中看到的是不同于PCCO超導的狀態(tài)，這意味著該超導并不來自PCCO而來自石墨烯本身。 PCCO激發(fā)了石墨烯的內(nèi)在超導性。 ”

劍橋大學的科研團隊所激活的超導類型仍沒有定論，但實驗結(jié)果強烈地暗示它是變幻莫測的“p波”形式。如果最終被證實，這項研究將終結(jié)關(guān)于這種神秘類型的超導性是否存在的爭論。

1994年，日本科學家使用釕酸鍶（SRO）材料制造了可能具有p波對稱性的三線態(tài)超導體（triplet superconductor）。 SRO的p波對稱性從未被完全驗證，部分原因是由于SRO為塊狀晶體，很難制造出用于測試理論預測的器件。

羅賓遜說：“如果石墨烯確實產(chǎn)生了p波超導性，科學家將利用它探索基礎(chǔ)和應(yīng)用領(lǐng)域全新的超導器件，這無疑將幫助我們更好地理解p波超導性以及它在不同條件下的表現(xiàn)。”

這項研究還有其他諸多應(yīng)用前景。 例如，在超導電路中，石墨烯可用于制造類似晶體管的器件，并且可以將超導性應(yīng)用到分子電子學中。迪·貝爾納多補充說：“考慮到可以與石墨烯表面可結(jié)合化學分子的多樣性，這項研究將極大的促進基于石墨烯超導的新型分子電子器件的發(fā)展。