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石墨烯暴走超电流

2019-10-09 15:28:19来源:励志吧0次阅读

研究人员们与欧洲的石墨烯旗舰证明了,超导电流在二维石墨烯材料的石墨烯片边缘之间的反弹,而不出现散射。这是首次在一个二维系统里超导电流,直接观察到电子波的弹道镜像,这可能引发使用基于石墨烯的约瑟夫逊结的应用,如先进的数字逻辑电路,超灵敏的磁力计和伏特计。

甲约瑟夫逊结是通过把两个超导层间夹一层薄的非超导材料而制成。纠缠的超导电子对被称为库珀对,其在某些特定情况下,能够无阻力地通过绝缘或部分绝缘中间层。

无电阻电流在临界电流会出现,高于该电流,随时间变化的(交流)电压被设置穿过结点。检测和测量电流状态的变化,是许多应用利用约瑟夫森结的基础。

电子逻辑电路可以通过约瑟夫逊结的阵列构成,其也可用于超导量子干涉器件(SQUIDs)。SQUIDs对电磁场极其敏感,可以形成磁力,可用于测量低至几阿托特斯拉(10-18T)的场,以及响应小到皮伏特(10-12V)的电势差。

这种超敏感器件的实际应用包括,在大脑、心脏和地球物理研究中测量电流的设备。军事上的应用包括远程潜艇的探测。

在最新一期的《Nature Nanotechnology》杂志里,由Graphene Flagship的成员LievenVandersypen领导的国际物理学家研究小组,Lieven是代尔夫特的Kavli纳米科学研究院中的一个成员,他们明确的论证了约瑟夫森结在石墨烯中的重要性,石墨烯是碳原子的一种排列成六边形格子的二维同素异形体。在论文中,主要作者是Victor Calado和SrijitGoswami,研究者研究的是石墨烯中的超导电流,用电子来镜面反射由钼铼组成的一维边缘触点。

在实验中使用的是超洁净石墨烯——为了保证材料的独特电性能要求——通过绝缘2d六方氮化硼薄片来封装,以屏蔽环境污染。然后这三层叠层被切成所希望的形状,石墨烯与超导合金相接触。

正如光在两面镜子之间来回弹跳,导致了由入射光的叠加和反射电磁波而产生的干涉模式,电子可以从一个超导体的边缘反射。不同的是,电子干扰仅在超净样品中被观察到,在其中带电粒子有可能在材料中以弹道轨迹移动,并因为杂质而产生最小散射。

这是Calado, Goswami和他的同事在他们的装置中观察到的现象,并带有一个引人注目的超导模拟。在他们的这篇《Nature Nanotechnology》论文中,研究者参阅临界电流振荡,作为承载电流的电子和电子空穴的相位干涉的结果。这是由反射镜的点之间的谐振(Fabry-Pérot)腔的形成而引起。此外,较大的超电流也被观察到,行进达1.5微米以上距离。研究人员认为,这是第一次直接观察石墨烯的弹道镜像超电流。

“这项工作使我们能够揭开超导相互作用的最新物理原理,以及石墨烯中电子的相对论行为,”Goswami说。 “有了这项技术,我们可以在一个新的令人兴奋的领域研究和开发石墨烯约瑟夫森结。”

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