來(lái)自美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的科研人員在最新一期《科學(xué)》雜志上撰文指出，他們首次直接探測(cè)到二維材料內(nèi)電子之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)作用，而且測(cè)量出了這種排斥力的大小。最新研究有望幫助科學(xué)家設(shè)計(jì)出奇異的功能材料，比如非常規(guī)超導(dǎo)體等。
近年來(lái)，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，包括“魔角”石墨烯等在內(nèi)的一些二維材料可以根據(jù)施加的電壓改變電子狀態(tài)，從金屬“變身”為絕緣體甚至超導(dǎo)體。盡管促使這種材料“變身”的潛在物理機(jī)制仍是未解之謎，但物理學(xué)家們懷疑與“電子關(guān)聯(lián)”——兩個(gè)帶負(fù)電荷電子之間的相互作用有關(guān)。這種排斥力對(duì)大多數(shù)材料的性質(zhì)幾乎沒(méi)有影響，但可能是影響二維材料性質(zhì)的主要原因。了解電子關(guān)聯(lián)如何改變電子狀態(tài)，可以幫助科學(xué)家設(shè)計(jì)出奇異的功能材料(如非常規(guī)超導(dǎo)體)。
現(xiàn)在研究人員首次揭示了一種名為ABC三層石墨烯的二維材料內(nèi)電子關(guān)聯(lián)的直接證據(jù)，最新研究主要作者、MIT助理教授鞠龍(音譯)說(shuō)：“更好地理解超導(dǎo)性背后的物理學(xué)，將使我們?cè)O(shè)計(jì)出能改變世界的設(shè)備，從零損耗能量傳輸?shù)酱艖腋×熊?chē)等。”
ABC三層石墨烯類(lèi)似于研究更深入的魔角雙層石墨烯(由六邊形排列的碳原子晶格制成)。在最新研究中，鞠龍團(tuán)隊(duì)首先合成了ABC三層石墨烯樣品，創(chuàng)造出帶有能阱的超晶格，隨后使用自己開(kāi)發(fā)的獨(dú)特光學(xué)技術(shù)確認(rèn)這種材料確實(shí)擁有一個(gè)“平帶”結(jié)構(gòu)——其間所有電子的能量幾乎相同，他們認(rèn)為正是這一結(jié)構(gòu)影響了材料的性質(zhì)。然后他們稍微調(diào)低電壓，使晶格中每個(gè)阱中只有一個(gè)電子。在這種“半填充”狀態(tài)下，材料被視為莫特絕緣體(一種奇特的物質(zhì)狀態(tài))，材料應(yīng)該能像金屬一樣導(dǎo)電，但表現(xiàn)為絕緣體。在此過(guò)程中，他們首次直接檢測(cè)到這種特定莫特超晶格材料中的電子關(guān)聯(lián)，并測(cè)量其強(qiáng)度約為20毫電子伏。結(jié)果表明，強(qiáng)電子關(guān)聯(lián)是這種特殊二維材料的物理基礎(chǔ)。(作者：劉霞)
關(guān)鍵詞： 魔角石墨烯 二維材料 電子關(guān)聯(lián)證據(jù) 首次揭示
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