【石墨烯超导】曹原发现的石墨烯超导有多大意义?

2019-12-28 - 石墨烯

以前我们实验室有同门做过石墨烯,对于其性质略知一二。可以明确地说,曹原所制备出来的特殊石墨烯并非常温超导体(一般称室温超导体)。

曹原年仅22岁就已第一作者的身份在《自然》(Nature)杂志发表了两篇重磅文章[1][2],由此引发了世界的关注。要知道,以前评中科院院士,只要一篇一作Nature或者Science即可。虽然现在没有这样的现象了,但Nature或者Science在科学领域中属于顶级杂志的地位无法动摇,很少有人能在上面发论文。

【石墨烯超导】曹原发现的石墨烯超导有多大意义?
【石墨烯超导】曹原发现的石墨烯超导有多大意义?

由于曹原的突破性工作,他登上了《自然》杂志评选的2018年年度十大科学人物,他的研究成果也被做成封面。

曹原的主要工作是石墨烯超导的研究,但这种石墨烯的超导温度并非是常温,而是很低的温度,只比绝对零度了高了一点,有关曹原制备出室温超导体的报道是不实的。

【石墨烯超导】曹原发现的石墨烯超导有多大意义?
【石墨烯超导】曹原发现的石墨烯超导有多大意义?

石墨烯源自于石墨。石墨是由多层碳原子层组成,每层中的碳原子以蜂窝状的多个六边形排列在一起,每层之间的距离大约0.335纳米。如果把石墨的多层结构剥离成一层一层的结构,得到的材料就是石墨烯。由于石墨烯的特殊结构,它具有优异的力学、电学、磁学和热学性能,所以石墨烯改性一直都是研究热点。

【石墨烯超导】曹原发现的石墨烯超导有多大意义?
【石墨烯超导】曹原发现的石墨烯超导有多大意义?

曹原的研究是把两层石墨烯堆叠在一起,然后通过旋转两层产生不同的角度来研究其导电能力。当他把角度旋转到1.1度,并且把温度降低至1.7开尔文(即比绝对零度高了1.7度,-271.45摄氏度),这种双层石墨烯材料表现出了超导现象,成为零电阻、完全抗磁性的超导体。曹原制备出的石墨烯超导体属于低温超导体,其超导临界温度远低于冰点0 ℃,所以这种材料并非室温超导体。

迄今为止,人类制造出的最高温度超导体是LaH10,其超导临界温度为250开尔文,即-23摄氏度,离室温超导体还有些差距[3]。另外,这种材料的超导现象需要在170吉帕斯卡的高压(相当于地表大气压的170万倍)之下才能实现。

曹原的研究之所以会引发关注,是因为只需简单操作,无需引入其他物质,就能使石墨烯出现超导现象。对于这种双层石墨烯超导体的深入研究,将能为高温超导体甚至室温超导体的研究指明方向。如果能够成功制造出室温超导体,这必将对现代文明产生深远的影响。因此,曹原的研究具有十分重要的意义,这也是为什么他广受关注的原因。

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