钙掺杂石墨烯的超导配对机理

钙掺杂石墨烯的ARPES测量。左：石墨烯的费米表面（上）和狄拉克锥（下）。对：谱函数在两个晶体学主方向上的扭结。科学家分析了纽结的强度，以估计超导临界温度。（版权：格吕内斯（A.Grüneis）和A.V.费多罗夫）

一项新发表的研究详细介绍了一组研究人员如何使用ARPES方法揭示钙掺杂石墨烯中的超导配对机制。

每当发现一种新材料时，科学家都渴望找出它是否可以超导。这尤其适用于奇观材料石墨烯。现在，围绕维也纳大学研究人员的一个国际团队推出了使用ARPES方法的钙掺杂石墨烯中的超导配对机制。他们的结果发表在著名的《自然通讯》杂志上。

当冷却到临界温度以下时，超导材料具有无与伦比的功能-它们可以无损耗地传输电流。超导性基于以下事实：在某些材料中，电子可以配对，而在更高的温度下，电子会相互排斥。维也纳大学物理学院电子材料特性小组的科学家及其合作伙伴共同发现了奇妙材料石墨烯的潜在超导耦合机制。

石墨烯是单原子厚的碳原子层，于2004年被发现，被认为是人类可获得的最神奇，用途最广泛的物质之一。第一种真正的二维材料的影响是如此巨大，以至于其发现获得了诺贝尔奖。直到最近，还没有关于石墨烯中超导性的实验报道，尽管可以通过有意地将电子引入材料（掺杂）来使其近亲，石墨和富勒烯超导。

ARPES方法–光如何以超导性发光

为了阐明石墨烯中的超导性，科学家们诉诸了一种强大的光发射方法：当轻粒子与一种材料相互作用时，它可以将其所有能量转移到该材料内部的电子上。如果光的能量足够大，则电子获取足够的能量以从材料中逸出。确定电子从材料中逸出的角度，使科学家能够提取出有关电子性能和材料复杂的多体相互作用的有价值的信息。维也纳大学的Nikolay Verbitskiy和AlexanderGrüneis以及IFW-Dresden的Alexander Fedorov和Denis Vyalikh以及加州大学伯克利分校的TU-Dresden和Danny Haberer及其同事采用了这种技术，即所谓的角度分辨光发射技术。光谱仪（ARPES）–在的里雅斯特的Elettra同步加速器中，他们研究了一系列电子掺杂剂（Cs，Rb，K，Na，Li，Ca）与单层石墨烯的相互作用。

谁打分？

根据科学家的发现，钙是在临界温度约为1.5K的石墨烯中诱导超导性的最有希望的候选者。相对于例如，该临界温度相当低。在33K时超导的富勒烯。但是，与许多其他材料相比，石墨烯具有许多巨大的优势。由于它仅由单层排列的碳原子组成，因此很容易进行化学官能化。而且，它可以以各种堆叠顺序生长在多个原子层中，并且可以几种不同的方式掺杂。因此，它提供了许多可供选择的实验方法。

科学家们相信，尽管石墨烯不会再创下新的临界温度，但其性质容易改变将增强我们对一般超导性，特别是碳材料的超导性的理解。

出版物：A. V. Fedorov等人，“观察石墨烯中依赖于供体的普遍振动模式”，《自然通讯》第5期，文章编号：3257； DOI：10.1038 / ncomms4257

图像：格吕内斯（A.Grüneis）和A.V.费多罗夫