科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
美國(guó)麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的物理學(xué)家首次在“魔角”石墨烯中直接測(cè)量了超流剛度。超流剛度是衡量材料超導(dǎo)性的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。這是科學(xué)家首次在二維材料中直接測(cè)得超流剛度，意味著人們朝著理解這種材料的非凡特性邁出了一大步。相關(guān)研究結(jié)果5日發(fā)表在《自然》雜志上。
在超導(dǎo)材料中，電子對(duì)（庫(kù)珀對(duì)）在材料內(nèi)部移動(dòng)時(shí)所遇到的阻力大小取決于多種條件，包括在材料中移動(dòng)的電子對(duì)的密度。2018年，麻省理工學(xué)院物理學(xué)家巴勃羅·賈里洛-埃雷羅發(fā)現(xiàn)，“魔角”石墨烯具有超導(dǎo)電性，電子以庫(kù)珀對(duì)形式形成超流體，可輕松無(wú)摩擦地在材料中移動(dòng)。但是，他們不清楚該材料是如何實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的。
測(cè)量“魔角”扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯（MATBG）超流剛度，主要難題在于如何將這種非常脆弱的材料完美地貼合到微波諧振器的表面。
此次，賈里洛-埃雷羅團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新方法。他們首先使用傳統(tǒng)方法組裝MATBG，并將其夾在兩層絕緣的六方氮化硼之間，以保持其原子結(jié)構(gòu)和特性不受損害。接著，他們利用特殊技術(shù)將MATBG的一端銳化，就像用鋒利的刀切割一樣，暴露出新鮮的MATBG表面。然后，在這個(gè)表面上沉積鋁，這是他們?cè)诔瑢?dǎo)量子計(jì)算研究中常用的材料，以形成良好的超導(dǎo)接觸并形成鋁引線。
團(tuán)隊(duì)將這個(gè)帶有MATBG的鋁引線連接到更大的鋁制微波諧振器上。他們通過(guò)諧振器發(fā)送微波信號(hào)，并觀察由此產(chǎn)生的諧振頻率偏移。這個(gè)偏移量可幫助他們推斷出MATBG的動(dòng)電感，這是與超流剛度直接相關(guān)的參數(shù)。
當(dāng)團(tuán)隊(duì)將測(cè)得的電感值轉(zhuǎn)換為超流剛度的數(shù)值時(shí)，他們驚訝地發(fā)現(xiàn)這個(gè)值遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)超導(dǎo)理論所預(yù)測(cè)的值，數(shù)值提高了10倍。測(cè)量結(jié)果表明，“魔角”石墨烯的超導(dǎo)性主要受量子幾何的影響，即電子量子態(tài)之間的特殊相互關(guān)聯(lián)方式。
