石墨烯/氮化硼超晶材料實現(xiàn)超導(dǎo)體和絕緣體任意轉(zhuǎn)換

      7月17日，美國勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL）在Nature發(fā)布了一項研究成果，研究人員利用三層石墨烯和六方氮化硼（HBN）制備出了一種可以從超導(dǎo)體任意切換為絕緣體的裝置。 石墨烯/氮化硼超晶材料結(jié)構(gòu)示意圖 （灰色為三層石墨烯，紅色和藍色為氮化硼，綠色光圈示意超導(dǎo)特性結(jié)構(gòu)） 通常，研究超導(dǎo)和絕緣時需要選擇不同的材料。但有一種情況例外，莫特絕緣體是應(yīng)該分類在常規(guī)能帶理論之下的導(dǎo)體，當在特別低溫測量時是絕緣體（英國的諾貝爾物理學(xué)獎獲得者莫特，曾在1949年提出絕緣體也能像金屬那樣導(dǎo)電的猜想，直至2005年該猜想由韓國科研人員通過對不能通電的“莫特絕緣體”材料釩氧化物等施以電壓沖擊得以證明）。

      這個作用歸結(jié)于電子和電子的相互作用，在常規(guī)能帶理論上沒有被考慮。 此前曾有研究報道，在三層石墨烯結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)莫特絕緣體特性。而另有研究成果顯示，石墨烯形成云紋超晶格結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)超導(dǎo)。在這兩項研究成果基礎(chǔ)上，此次研究人員將三層石墨烯夾在兩個氮化硼薄片之間，以此形成一種被稱為云紋超晶格的重復(fù)循環(huán)結(jié)構(gòu)。再利用可達40毫開（或零下452華氏度）的制冷設(shè)備將其冷卻，然后通過對該裝置施加不同強度的垂直高壓電場，這種新材料可以實現(xiàn)高溫超導(dǎo)與絕緣狀態(tài)的轉(zhuǎn)換（這里的高溫仍然低于冰點幾百度）。  

      顯微鏡下的三層石墨烯/氮化硼器件結(jié)構(gòu)示意圖（兩個角度下） （黃色：金納米觸點，棕色：硅/氧化硅基板，綠色：氮化硼薄片，三層石墨烯封裝于兩個氮化硼薄片之間）