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二维材料内电子强关联证据首现

2022-03-22 09:19:00 | 来源: 科技日报 | 责编: 郑思雯
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  来自美国麻省理工学院(MIT)的科研人员在最新一期《科学》杂志上撰文指出,他们首次直接探测到二维材料内电子之间的强关联作用,而且测量出了这种排斥力的大小。最新研究有望帮助科学家设计出奇异的功能材料,比如非常规超导体等。

  近年来,物理学家发现,包括“魔角”石墨烯等在内的一些二维材料可以根据施加的电压改变电子状态,从金属“变身”为绝缘体甚至超导体。尽管促使这种材料“变身”的潜在物理机制仍是未解之谜,但物理学家们怀疑与“电子关联”——两个带负电荷电子之间的相互作用有关。这种排斥力对大多数材料的性质几乎没有影响,但可能是影响二维材料性质的主要原因。了解电子关联如何改变电子状态,可以帮助科学家设计出奇异的功能材料(如非常规超导体)。

  现在研究人员首次揭示了一种名为ABC三层石墨烯的二维材料内电子关联的直接证据,最新研究主要作者、MIT助理教授鞠龙(音译)说:“更好地理解超导性背后的物理学,将使我们设计出能改变世界的设备,从零损耗能量传输到磁悬浮列车等。”

  ABC三层石墨烯类似于研究更深入的魔角双层石墨烯(由六边形排列的碳原子晶格制成)。在最新研究中,鞠龙团队首先合成了ABC三层石墨烯样品,创造出带有能阱的超晶格,随后使用自己开发的独特光学技术确认这种材料确实拥有一个“平带”结构——其间所有电子的能量几乎相同,他们认为正是这一结构影响了材料的性质。然后他们稍微调低电压,使晶格中每个阱中只有一个电子。在这种“半填充”状态下,材料被视为莫特绝缘体(一种奇特的物质状态),材料应该能像金属一样导电,但表现为绝缘体。在此过程中,他们首次直接检测到这种特定莫特超晶格材料中的电子关联,并测量其强度约为20毫电子伏。结果表明,强电子关联是这种特殊二维材料的物理基础。

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