科学家使用激光重建“扭曲”超导材料

芝加哥大学和山西大学的科学家已经创造了一种使用激光来“模拟”一种材料的方法，物理学家多年来一直对其潜在的技术应用垂涎三尺。

新方法可以用来更好地理解这种被称为扭曲双层晶格的材料是如何工作的，并且可能为新的电子学或量子技术指明道路。这项研究成果发表在《自然》杂志上。

对传统的扭曲

四年前，麻省理工学院的科学家发现了一个令人惊讶的转折：如果你在堆叠时扭曲薄片，普通碳原子的薄片可以变成超导体。

新研究发现了一种模拟超导性的方法，当两片石墨烯在分层时略微扭曲时，就会发生超导性，如上所述。

超导体是一种罕见的材料，能够完美地导电，完全没有损耗。科学家和工程师可以设想超导体的各种用途——它们已经是MRI的基础——但它们有很大的局限性，包括必须冷却到零度以下才能工作。科学家们希望，如果他们能够完全理解其中的物理原理，他们就可以设计出新的超导体，从而解锁各种技术可能性。

芝加哥大学物理学教授，新研究的合著者Cheng Chin说：“每当有人发现一类新的超导体时，物理学界都会坐下来注意。但这一个特别令人兴奋，因为它是基于石墨烯这样简单而普通的材料。”

石墨烯就像材料所能得到的一样简单：它是碳原子的薄晶格。科学家们迅速探索可能的应用，引发了对一个名为扭曲电子学或“扭曲电子学”的新领域的大量研究。

Cheng Chin教授在芝加哥大学的实验室中调试光学元件

但是，尽管石墨烯在某些方面非常简单，但事实证明，研究它在堆叠在这些扭曲的片材中时如何超导是有些困难的。例如，科学家希望以微小的增量旋转纸张，看看每次属性会发生什么;但是石墨烯片往往会相互粘连，如果它们被移动就会撕裂。

Chin的实验室和山西大学科研小组以前设计了使用冷却原子和激光复制复杂量子材料的方法，以便于研究。因此他们认为他们可以对扭曲的双层系统做同样的事情。

该团队与山西大学的研究人员合作，设计了一种创新的方式来“模拟”这些扭曲的晶格。

他们取了一种叫做铷的元素原子，将它们冷却下来，然后用激光将它们组织成两个晶格，一个在另一个之上。然后，为了帮助两个晶格相互作用，科学家们应用了微波。

这种组合起到了作用。该材料显示出“超流动性”——一种类似于超导的特性，其中粒子可以流过它而不会因摩擦而减慢速度。使用该系统，研究人员在原子中观察到了一种新形式的超流体，这要归功于调整两个晶格的扭转角度的能力。

通过改变微波的强度，科学家们发现他们可以控制两个晶格相互作用的强度。同时，他们可以轻松地用激光旋转两个晶格。

Cheng Chin教授说：“这使它成为一个非常灵活的系统，例如，有些人想探索超越两层到三层甚至四层。这很容易通过我们的设置来实现。”

通过使用新装置来探索这些扭曲的双层晶格，科学家们希望能够突破新的电子材料或控制量子技术中信息的方法。

相关链接：https://phys.org/news/2023-03-scientists-lasers-recreate-superconducting-material.html