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一个微小的扭转角度与人造金刚石相结合，使超导性能够像开关一样被控制 已有1人参与
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一个微小的扭转角度与人造金刚石相结合，使超导性能够像开关一样被控制，为实现无损电子技术开辟了一条新路径。研究人员发现，通过影响材料的周围环境，可以调控超导性。这一发现可能在未来带来更高效的电子器件，相关研究已发表在《自然·物理》期刊上。 超导性是指某些材料在冷却到临界温度以下时能够无能量损耗地传导电流的能力，但这一性质至今仍未被充分理解。尽管挑战巨大，但深入理解其形成机制，有望带来更优质、更耐用的材料，以及更强大的量子器件。 **构建并调控新型材料** 该研究由俄亥俄州立大学物理学教授、论文通讯作者Chun Ning（Jeanie）Lau领导。研究团队构建了一种特殊材料——扭转双层石墨烯，即将两层碳原子薄层叠加，并在它们之间引入一个微小的旋转角度。 通过将该材料与一种人造合成金刚石——钛酸锶相结合，Lau及其同事能够观察并调控体系中电子（即微小的亚原子粒子）之间相互作用的强度。 控制磁性状态和化学键等性质的电子相互作用通常以“成对”的形式出现。通过调节这些电子对的“状态参数”，研究团队成功实现了对材料超导性的开启与关闭。 “电子通常是相互排斥的，但在超导体中它们会形成配对；这种配对是实现无耗散导电的关键。”Lau表示，“我们的证据表明，电子本身对其周围环境的敏感性在材料性质变化中起着出人意料的重要作用。” **异常行为及其广泛意义** 研究人员惊讶地发现，当他们增强调控强度时，超导性反而减弱。这一结果不同于传统超导体，在传统体系中，当电子间的排斥作用被抑制时，电子配对通常会增强。这一现象凸显了诸如扭转双层石墨烯等新型材料在导电机制上的非同寻常特性。 “如果能够实现无能量损耗的电力传输，将对我们日常生活中使用的技术产生巨大影响。”Lau说，“尽管仍有许多基础问题有待解答，但这项工作实际上为一种新的物理机制提供了路径。” 这一发现有望帮助科学家开发在更高温度（甚至室温）下实现超导的材料——这是该领域的“圣杯”。一旦实现，将彻底改变人们对电子学、电力传输以及通信的理解。 总体而言，这些结果揭示了一种更为简便的方法来调控实现和控制超导性所需的原子级条件。例如，由于许多高温超导体存在限制其性能的瓶颈，通过调节环境来增强其能力，可能既能提升性能，也有助于构建更高效的电子器件。 **未来研究方向** 论文第一作者、俄亥俄州立大学物理学在读博士Xueshi Gao表示，这些潜在应用可能很快就会实现。他认为，团队的研究成果将很快应用于该领域中多种不同的体系和实验。 “我们所使用的扭转双层石墨烯体系中的超导机制仍未被很好地理解，”Gao说，“但我们的结果可以为相关概念提供启发，并帮助人们在未来研究中更好地加以应用。” 不过，研究团队也强调，这一模型只是理解尚未探索的电子相互作用的初步一步。接下来，他们将测试其他类型的相互作用，并深入研究该工作所引发的各种复杂物理问题。 “我们展示了此前未曾展示过的能力，因此该领域的许多研究人员都对此结果感到非常兴奋。”Lau表示。 Publication details Xueshi Gao et al, Double-edged role of interactions in superconducting twisted bilayer graphene, Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03243-1. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2412.01578 |
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2楼2026-04-20 03:19:47
