美國能源部國家直線加速器實驗室(SLAC)和斯坦福大學的一項研究首次揭示了石墨烯插層復合材料的超導機制，并發(fā)現(xiàn)一種潛在的工藝能使石墨烯這個具有廣闊應(yīng)用前景的“材料之王”獲得人們夢寐以求的超導性能。該研究有助于推動石墨烯在超導領(lǐng)域的應(yīng)用，開發(fā)出高速晶體管、納米傳感器和量子計算設(shè)備。相關(guān)論文發(fā)表在3月20日出版的《自然通訊》雜志上。

石墨烯是一種呈蜂巢狀排列的單層碳原子結(jié)構(gòu)，是目前已知的最薄、強度最高的物質(zhì)，具有優(yōu)良的物理化學性能。科學家希望用石墨烯制成高速晶體管、傳感器乃至透明電極。此前，人們就已知道摻雜金屬原子的石墨烯插層材料具有二維超導性能。但科學家們一直無法確定超導性是來源于金屬、石墨烯還是兩者兼而有之。新研究首次通過令人信服的證據(jù)，證明了是石墨烯在其中起到了關(guān)鍵作用。為相關(guān)材料在納米級電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用鋪平了道路。

       物理學家組織網(wǎng)3月21日的報道中稱，研究人員是通過強紫外線對一種名為鈣插層石墨烯(CaC6)的材料進行研究后得出上述結(jié)論的。CaC6是純鈣晶體與石墨發(fā)生化學反應(yīng)所得到的石墨烯插層復合材料，由單層碳原子石墨烯和單層原子鈣交替復合而成。

研究人員將一份來自英國倫敦大學學院(UCL)的CaC6樣品在斯坦福同步輻射光源實驗室(SSRL)進行了分析。高強度的紫外線能夠幫助他們深入到材料內(nèi)部進行觀察，分清每層內(nèi)的電子是如何運動的。實驗顯示，電子在石墨烯和鈣原子層之間來回散射，與材料的原子結(jié)構(gòu)發(fā)生自然振動并發(fā)生配對，從而獲得了無電阻的導電性。

領(lǐng)導此項研究的斯坦福材料和能源科學研究所(SIMES)研究生楊碩龍(音譯)說：“我們的工作開辟了一條讓石墨烯實現(xiàn)超導的途徑，這是科學界夢想了很久卻一直未能實現(xiàn)的目標。借助同步輻射光源我們第一次揭示了石墨烯插層材料的超導機制。”他說，雖然超導石墨烯的應(yīng)用在短期內(nèi)還難以實現(xiàn)，但其潛在的應(yīng)用價值已經(jīng)不可限量，包括超高頻率模擬晶體管、納米傳感器及電子器件以及量子計算機在內(nèi)的眾多設(shè)備都有望因此成為現(xiàn)實。