碳原子具有形成鍵的多種可能性。因此，純碳可以以多種形式存在，如金剛石，石墨，納米管，足球分子或具有六邊形網(wǎng)格的蜂窩網(wǎng)，石墨烯。這種奇特的，嚴(yán)格的二維材料極好地導(dǎo)電，但不是超導(dǎo)體。但也許這可以改變。

超導(dǎo)的復(fù)雜選擇

2018年4月，美國(guó)麻省理工學(xué)院的一個(gè)小組表明，在非常特殊的條件下，有可能在兩層石墨烯系統(tǒng)中產(chǎn)生一種超導(dǎo)形式：為此，兩個(gè)六角網(wǎng)必須相互扭曲。恰好是1.1°的魔角。在這種情況下，在電子結(jié)構(gòu)中形成扁平帶。由具有這種精確調(diào)節(jié)的捻度的兩層石墨烯制備樣品是復(fù)雜的，并且不適合大規(guī)模生產(chǎn)。然而，該研究引起了專(zhuān)家的廣泛關(guān)注。

扁平帶的簡(jiǎn)單方法

但是還有一種更為簡(jiǎn)單的平帶形成方式。HZB的一個(gè)小組向Oliver Rader教授和Andrei Varykhalov博士展示了這一點(diǎn)，并在BESSY II上進(jìn)行了調(diào)查。

樣本由TU Chemnitz的Thomas Seyller教授提供。在那里，它們使用也適合于生產(chǎn)更大面積和大量的工藝生產(chǎn)：碳化硅晶體被加熱直到硅原子從表面蒸發(fā)，首先在表面上留下單層石墨烯，然后第二層石墨烯。兩個(gè)石墨烯層彼此不會(huì)扭曲，而是恰好位于彼此之上。

使用ARPES掃描波段結(jié)構(gòu)

在BESSY II，物理學(xué)家能夠掃描所謂的樣本帶結(jié)構(gòu)。該帶結(jié)構(gòu)提供關(guān)于電荷載體如何在量子力學(xué)允許狀態(tài)之間分布以及哪些電荷載體可用于傳輸?shù)男畔?。BESSY II的角度分辨光電子能譜(ARPES)能夠以極高的分辨率進(jìn)行這種測(cè)量。

一個(gè)受到審查的有趣區(qū)域

通過(guò)對(duì)帶結(jié)構(gòu)的精確分析，他們確定了以前被忽視的區(qū)域。“之前已經(jīng)研究過(guò)雙層石墨烯，因?yàn)樗菐兜陌雽?dǎo)體，”Varykhalov解釋道。“但是在BESSY II的ARPES儀器上，分辨率足夠高，能夠識(shí)別出這個(gè)帶隙旁邊的平坦區(qū)域。”

“這是一個(gè)經(jīng)過(guò)充分研究的系統(tǒng)的監(jiān)督屬性，”第一作者Dmitry Marchenko博士指出：“以前不知道在這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的知名系統(tǒng)中，帶結(jié)構(gòu)中有一個(gè)平坦的區(qū)域。”

超導(dǎo)?需要還是有點(diǎn)幫助

這個(gè)平坦區(qū)域是超導(dǎo)的先決條件，但前提是它恰好位于所謂的費(fèi)米能量上。在雙層石墨烯的情況下，其能級(jí)僅比費(fèi)米能量低200毫電子伏特，但是可以通過(guò)摻雜外來(lái)原子或通過(guò)摻雜來(lái)將平坦區(qū)域的能級(jí)提高到費(fèi)米能量。施加外部電壓，即所謂的柵極電壓。

物理學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)石墨烯層之間以及石墨烯和碳化硅晶格之間的相互作用共同負(fù)責(zé)形成平帶區(qū)域。“我們可以用很少的參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)這種行為，并且可以使用這種機(jī)制來(lái)控制波段結(jié)構(gòu)，”Oliver Rader補(bǔ)充道。