【行业动态】基于石墨烯的“魔术”材料，可以转变为具有超导性的电子设备

麻省理工学院的研究人员和同事将由原子薄碳层组成的“魔术”材料变成了三种有用的电子设备。通常，对于量子电子产业来说，所有这些关键设备都是使用需要多种制造步骤的多种材料制成的。MIT方法自动解决了与那些更复杂的过程相关的各种问题。

结果，这项工作可以为包括量子计算在内的应用引入新一代的量子电子设备。这些设备可以是超导的，也可以在没有电阻的情况下导电。然而，他们通过一种非常规的机制来做到这一点，通过进一步的研究，可以为超导物理学提供新的见解。

在这项工作中，证明了魔角石墨烯是所有超导材料中用途最广的，这使我们能够在单个系统中实现多种量子电子器件。使用这个先进的平台，能够首次探索仅在二维中出现的新型超导物理学。

新的“魔术”材料基于石墨烯，石墨烯是一层呈蜂窝状排列的六边形碳原子。自2004年首次明确隔离石墨烯以来，由于其独特的性能，对该材料的兴趣猛增。例如，它比钻石坚固、透明且柔韧。它也很容易传导热量和电流。

在2018年，研究小组做出了惊人的发现，涉及两层石墨烯，一层位于另一层之上。但是，这些层并不完全重叠。而是以1.1度的“魔角”稍微旋转了一个。

所得到的结构允许石墨烯成为超导体或绝缘体（防止电流流动），具体取决于电场所提供的系统中的电子数量。从本质上讲，该团队能够通过改变旋钮的电压将石墨烯调节到完全不同的状态。

整体“魔术”材料，正式称为魔角扭曲双层石墨烯（MATBG），引起了研究界的浓厚兴趣，甚至激发了一个新的领域，即所谓的“扭扭学”。这也是当前工作的核心。

2018年，研究人员通过单个电极或金属门改变了向魔术材料提供的电压。相关人员说：“在当前的工作中，“我们引入了多个闸门，以使材料的不同区域受到不同的电场作用”。

该团队能够将同一魔术材料的不同部分调整为多种电子状态，从超导到绝缘再到介于两者之间的某种状态。然后，通过以不同的配置施加门，它们能够复制通常用完全不同的材料创建的电子电路的所有部分。

该团队使用这种方法创建了三种不同的工作量子电子设备。这些设备包括一个约瑟夫森结或超导开关。约瑟夫逊结是超导量子计算机后面的量子位或量子位的构造块。它们还具有多种其他应用，例如并入可以对磁场进行非常精确测量的设备中。

该团队还创建了两个相关的设备：光谱隧穿设备和单电子晶体管，或者用于控制电运动的非常敏感的设备，实际上是一次电子。前者是研究超导性的关键，而后者则具有多种应用，部分原因是其对电场的极度敏感性。

这三种设备均受益于单一的电可调材料。常规地由多种材料制成的那些遭受各种挑战。例如，不同的材料可能不兼容，如果您只处理一种材料，那么这些问题就会消失。

MATBG具有非凡的特性，其电特性（金属、超导、绝缘等）可以通过以下方式确定：

向附近的门施加电压，通过对单个MATBG薄片进行电门控，它们可以制造出包括超导，正常和绝缘区域在内的相当复杂的器件。常规方法将是使用不同的材料在多个步骤中制造装置。使用MATBG，只需更改栅极电压就可以完全重新配置最终的器件。

相关人员说，例如，它可以用于由单一材料创建第一个电压可调量子比特，可以在未来的量子计算机中应用。

由于该新系统可以对MATBG中的神秘超导性进行更详细的研究，并且相对易于使用，因此该团队希望它可以让人们深入了解高温超导体的产生。当前的超导体只能在非常低的温度下工作。

研究人员简要介绍了科学的工作原理，描述了该团队在进行研究时遇到的惊喜。例如，实验中的某些数据与团队最初的期望不符。这是因为他们使用原子薄的MATGB创建的约瑟夫森结是二维的，因此其行为与3D常规对应项显着不同。

文章来源：贤集网

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