新鲜发现：多层石墨烯的超导特性

石墨烯是一种奇怪的材料。了解其特性既是科学的一个基本问题，也是新技术的一个有希望的途径。来自奥地利科学技术研究所（ISTA）和魏茨曼科学研究所的一组研究人员研究了当他们将四张纸堆叠在一起时会发生什么，以及这如何导致新形式的奇异超导性。 

想象一下，一块只有一层原子厚的材料——不到百万分之一毫米。虽然这听起来很奇妙，但这种材料是存在的：它被称为石墨烯，它是由蜂窝排列的碳原子制成的。2004年首次合成，然后很快被誉为具有奇妙特性的物质，科学家们仍在努力理解它。奥地利科学技术研究所（ISTA）的博士后Areg Ghazaryan和Maksym Serbyn教授以及以色列魏茨曼科学研究所的同事Tobias Holder博士和Erez Berg教授多年来一直在研究石墨烯，现在已经在2月发表在《物理评论B》杂志上的一篇研究论文中发表了他们关于其超导特性的新鲜发现。

ABCA堆叠中的四层石墨烯

 二维蜂窝晶格中的四个碳原子片堆叠在一起，每个碳原子相对于下面的碳原子向左移动。顶层移动得如此之多，以至于其结构再次与底层对齐。 

“多层石墨烯具有许多有前途的特性，从广泛可调的带结构和特殊的光学特性到新形式的超导性 - 这意味着能够在没有电阻的情况下传导电流，”Ghazaryan解释说。“在我们的理论模型中，我们正在继续研究多层石墨烯，并正在研究不同石墨烯片层层叠的各种可能排列。在那里，我们发现了创造所谓的拓扑超导性的新可能性。在他们的研究中，研究人员在计算机上模拟了当你以某些方式堆叠几层石墨烯片时会发生什么。 

电子美的较量 

“这就像一场大型选美比赛，在堆叠的石墨烯片的不同配置之间找到完美的，”Serbyn补充道。“在其中，我们正在研究在多层石墨烯中移动的电子如何表现。根据不同层石墨烯如何相互移动以及有多少层，蜂窝晶格中碳原子的带正电荷的核核为它们周围的电子创造了不同的环境。带负电荷的电子被原子核吸引并相互排斥。“我们首先研究现实模型，只考虑单个电子与石墨烯的原子核相互作用。一旦我们找到了一个有前途的方法，我们就增加了许多电子之间更复杂的相互作用，“Ghazaryan解释说。通过这种方法，研究人员证实了拓扑超导的奇异形式的发生。

寻找大自然的反馈

这种理论研究为未来的实验奠定了基础，这些实验将在实验室中创建模拟的石墨烯系统，以查看它们是否真的像预测的那样。“我们的工作帮助实验人员设计新的设置，而不必尝试石墨烯层的每种配置，”Ghazaryan说。“现在，理论研究将继续进行，而实验将给我们来自大自然的反馈。

虽然石墨烯已经慢慢地在研究和技术中得到了应用，例如碳纳米管，但它作为电的拓扑超导体的潜力才刚刚开始被理解。Serbyn补充说：“我们希望有一天能够在量子力学水平上充分描述这种材料，无论是对物质基本特征的科学探究的内在价值还是石墨烯的许多潜在应用。

研究人员Maksym Serbyn和Areg Ghazaryan。