国际 2022-07-02 07:41

自从2004年在实验室中首次分离出石墨烯以来,对这种“超材料”的研究一直在继续推进,取得了非常重要的里程碑,比如西班牙人巴勃罗·贾里略-埃雷罗的发现,但它的应用却没有。“他说,随着时间的推移,人们的期望被夸大了。”

这种由碳原子构成的二维材料极薄、耐腐蚀、柔韧、轻便,这些特性至今仍使其独一无二。“断言它将在五年内对所有事情都有效是一回事,而另一回事;这是完全不合理的”,科学家指出。

“一般来说,人们对应用程序都有点不耐烦”;美国麻省理工学院(MIT)的一位物理学教授回忆说,我们使用的所有电子产品中的晶体管发明于20世纪40年代,但计算机的使用直到20世纪90年代才得到普及。

石墨烯是在18年前被分离出来的,这要感谢俄罗斯人安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫——他们在2010年获得了诺贝尔物理学奖——而石墨烯在许多商业应用中仍然“有点早”。“当时的情况是,许多人开始大肆宣传它,说它将取代硅——电子和微电子的基本材料——而我认为这不会发生。”

然而,他指出,石墨烯已经被用于一些运动部件——比如网球拍——并且某些特性(硅所不具备的)被用于改进红外摄像机。

“twistrónica”是最好的发现

在这18年里发生了什么?很多东西。石墨烯令人难以置信的特性只存在于一层材料中,但多年来,科学界意识到,只要将一层材料放在另一层材料上,其特性就会发生变化。

2010年,发表了一系列理论文章,指出如果在放置两个层的同时,将它们旋转一个小角度,电子性质就会有很大的改变。具体什么变化没有被指定,只是它们发生了。

然后,Jarillo-Herrero和他的团队开始研究旋转的双层石墨烯,首先使用大角度旋转,这也会产生引人注目的性质变化,然后是小角度旋转。惊喜来了。

第一个有趣的结果出现在2016年,但直到2018年,他们才发现了石墨烯的两种神奇角度旋转行为——这是小角度旋转石墨烯开始被称为的方式——这是没有人预测到的。

他说,新版本的石墨烯可以绝缘和超导,并从一种性质转变为另一种性质,这是“一个意想不到的惊喜”,吸引了物理学家的大量关注。

《自然》杂志用两篇文章回应了这一发现,每种性质各一篇,而Jarillo-Herrero成功地让描述超导的最具开创性的一篇文章通过了他的审查,并在一周内发表——这很不寻常——。“我们已经保守这个秘密很长时间了,我们不希望这项研究流传几个月。”

随后,物理学的一个绰号为“twistronics”(twist是英语中的转折)的领域出现了“繁荣”,并获得了许多奖项,包括被认为是诺贝尔奖前奏的“以色列之狼”奖,他与加拿大人艾伦·h·麦克唐纳和以色列人拉菲·比斯特里泽一起获得了诺贝尔奖。

这种新的石墨烯更加通用,真正重要的是,Jarillo-Herrero描述道,它是超导的,它传输电能而不消耗能量,不像目前设备中的晶体管——这就是为什么我们注意到它们是如何加热的。

理论上,所有的电子产品都可以因为这种新的质量而得到改善,同时也减少了世界各地的有害排放,但还有很长的路要走。西班牙语的发现仍在物理学的基础知识范围内,而且存在一个主要障碍:实验只能在非常低的温度下进行,即零下270度。

然而,硅晶体管在今天的计算机中可以在室温下工作;这是一个挑战,是整个材料物理学的挑战,他们花费了数年时间试图找到在室温下工作的超导体。

Jarillo-Herrero说,前进的关键是更好地理解这种神奇角度石墨烯及其基本原理。


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