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鄭州華晶金剛石股份有限公司

激子超導(dǎo)機(jī)制可行性獲部分證實(shí)

關(guān)鍵詞 金剛石|2024-10-24 11:48:35|來源 科技日報
摘要 科技日報訊(洪恒飛記者江耘)10月21日,記者從浙江大學(xué)獲悉,該校信息與電子工程學(xué)院教授林時勝團(tuán)隊(duì)利用自制的微波等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng),成功制備出硼氮共摻雜的塊體單晶金剛石,并成...

       科技日報訊 (洪恒飛 記者江耘)10月21日,記者從浙江大學(xué)獲悉,該校信息與電子工程學(xué)院教授林時勝團(tuán)隊(duì)利用自制的微波等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng),成功制備出硼氮共摻雜的塊體單晶金剛石,并成功通過遷移率調(diào)控,實(shí)現(xiàn)了金剛石的超導(dǎo)態(tài)和金屬態(tài),部分證實(shí)了激子超導(dǎo)機(jī)制的可行性,為實(shí)現(xiàn)碳基更高溫超導(dǎo)提供了新路徑。相關(guān)論文近日發(fā)表于國際期刊《先進(jìn)功能材料》。

       金剛石具有超寬禁帶、超高擊穿場強(qiáng)、熔點(diǎn)高及熱導(dǎo)率高等物理性質(zhì)。BCS理論是解釋常規(guī)超導(dǎo)體超導(dǎo)電性的微觀理論。該理論認(rèn)為,聲子通過與電子的相互作用,促使電子形成庫珀對,進(jìn)而形成超導(dǎo)電流,使材料進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)。科學(xué)家根據(jù)該理論推斷,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度一般低于40K(約零下233攝氏度),這一溫度又被稱為麥克米蘭極限。然而,有理論物理學(xué)家指出,利用激子來實(shí)現(xiàn)石墨烯等碳基材料中的耦合電子庫珀對,也可能獲得非常規(guī)高溫超導(dǎo)體。

       “激子指的是電子和空穴形成的復(fù)合體,超導(dǎo)則表明材料在某個溫度下實(shí)現(xiàn)零電阻和完全抗磁性狀態(tài)。”林時勝介紹,在金剛石中引入激子來實(shí)現(xiàn)非常規(guī)超導(dǎo)值得期待。

       科研團(tuán)隊(duì)通過調(diào)節(jié)金剛石生長過程中的壓強(qiáng)、溫度以及氣體摻雜比例等,制備得到的重?fù)诫s金剛石表現(xiàn)出良好導(dǎo)電性,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為3K(約零下270攝氏度)。通過調(diào)節(jié)緩沖層的生長參數(shù),團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)具有較高空穴遷移率的樣品可以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)。超導(dǎo)態(tài)的實(shí)現(xiàn)得益于局域束縛激子之間的強(qiáng)耦合。大尺寸單晶超導(dǎo)金剛石的制備,可為量子傳感及量子計算研究提供堅實(shí)基礎(chǔ)。

       林時勝說,團(tuán)隊(duì)將石墨烯轉(zhuǎn)移至硼氮共摻雜單晶金剛石表面,制備石墨烯/金剛石異質(zhì)結(jié)后,發(fā)現(xiàn)石墨烯中也存在類似超導(dǎo)特性的新型電學(xué)傳輸行為。在27K(約零下246攝氏度)下,團(tuán)隊(duì)觀測到石墨烯的電阻開始下降,這揭示了金剛石以及石墨烯通向更高溫度超導(dǎo)的可行性。


 

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