将近十年前，研究人員宣布發現了一種具有特殊光學和電學特性的超薄新材料，這使其成為石墨烯的潛在競争對手，石墨烯是 2004 年發現的一種碳，其自身的特殊性質引起了科學家和工程師的興趣。
現在，加州理工學院的工程師們已經證明，其中一種神奇材料二硒化鎢不僅是石墨烯的競争對手，而且還是石墨烯的補充。通過在石墨烯中添加二硒化鎢，他們成功地提高了石墨烯的電學性能，豐富了我們對超導性的理解，并為設計更堅固、高度可調的石墨烯基超導體鋪平了道路。
要了解研究人員取得的成就，首先了解石墨烯是什麼以及為什麼它的特性使其有用會很有幫助。
石墨烯是一種碳，由單層原子組成，排列成蜂窩狀格子圖案，看起來像鐵絲網。當這些薄片中的兩個或更多個堆疊在一起時，根據這些薄片相對于彼此的對齊方式，所得材料可以表現出截然不同的電子特性。
例如，當第二片石墨烯相對于其放置在其上的片材“扭曲”僅 1.05 度(一個稱為“魔角”的值)時，所産生的堆疊可以是超導體沒有任何電阻的電流或完全阻斷電流通過的絕緣體。在這些截然不同的狀态之間切換所需的隻是施加外部電場。
令人驚訝的是，2022 年進行的研究表明，即使是未扭曲的石墨烯雙層也能表現出超導性。未扭曲的石墨烯雙層比扭曲的石墨烯更容易大量制造，但這些未扭曲的雙層中的超導狀态更微妙，更難調整，并且僅在比扭曲結構低約一百倍的溫度下發生(例如溫度通常隻能通過使用液氦來實現)。加州理工學院的新研究展示了一種用二硒化鎢顯着改善這種脆弱的超導性的方法。
在 1 月 11 日發表在《自然》雜志上的新作品中，應用物理學和材料科學助理教授 Stevan Nadj-Perge 及其同事發現，當二硒化鎢置于石墨烯雙層頂部時，未扭曲的石墨烯的超導性大大提高。值得注意的是，超導臨界溫度——即材料可以超導的溫度——提高了 10 倍。通過靠近石墨烯，二硒化鎢賦予了“魔角”扭曲的好處更多可大規模生産的未扭曲石墨烯。這一發現提供了對超導性質的新見解，并提出了增強其他相關石墨烯基材料超導性的策略。
“這些石墨烯雙層設備非常可調，”新作品的通訊作者 Nadj-Perge 說。“例如，通過施加電場，我們可以在雙層中添加或移除電子，并将它們推向和遠離二硒化鎢。這使我們能夠仔細研究系統中超導性的增強。”
“高水平的可調性為未來的應用開辟了可能性，”Nadj-Perge 繼續說道。“與扭曲的石墨烯超導體相比，未扭曲的石墨烯超導體的主要優勢之一是它們在無序和缺陷方面更幹淨，并且在技術上更容易制造。這意味着這些結構可能更适合需要的應用制作相同設備架構的許多相同副本。”
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