科學家*在單根納米管中觀測到超導(dǎo)特性

發(fā)布日期：2017/3/6 來源:搜狐科技

科學家近日*發(fā)現(xiàn)手性超導(dǎo)現(xiàn)象，即超導(dǎo)狀態(tài)下，電流只能從一根手性納米管的一端流向另一端，卻不能反向流動。之前，人類只發(fā)現(xiàn)過非手性材料的超導(dǎo)現(xiàn)象，即電流無論從材料棒的哪一段進入，都可以從另一端出來。

當磁場施加于手性超導(dǎo)納米管上時，電信號只能單向傳播。左圖為原理示意圖，右圖為電子顯微鏡觀察到的單個二硫化鎢納米管。

來自日本、美國和以色列科研人員組成的團隊在*近一期的《Nature Communication》上發(fā)表了關(guān)于*發(fā)現(xiàn)手性超導(dǎo)現(xiàn)象的論文。

手性材料擁有與其對稱，但又不同的鏡像材料，就像左手和右手雖然看似相同，其實互為鏡像，并不能重疊為一。超導(dǎo)材料則可以在低溫下實現(xiàn)零電阻，手性超導(dǎo)材料整合了以上2個特性。

手性超導(dǎo)材料的實驗存在諸多挑戰(zhàn)。盡管碳納米管是一種易得的手性材料，同時也具有超導(dǎo)性質(zhì)，然而迄今為止，科學家只在大量碳納米管形成的組織中觀察到超導(dǎo)特性，卻還沒有在單根碳納米管中觀測到超導(dǎo)特性。

文章共同作者，東京大學的山內(nèi)翔（Toshiya Ideue）表示，該工作*重要的突破在于：*在單獨的納米管中實現(xiàn)了超導(dǎo)。這使得人類可以進一步研究管狀或者手性等材料結(jié)構(gòu)特征，會對超導(dǎo)特性產(chǎn)生哪些影響。

該實驗之所以能成功，得益于這種全新的二維納米材料——二硫化鎢，它也是目前*能夠進行手性納米材料實驗的材料。二硫化鎢在電子技術(shù)、激光技術(shù)和其他領(lǐng)域具有很多潛在用途。

科學家首先把納米管冷卻到5.8凱爾文（約合攝氏零下267度），讓材料進入超導(dǎo)態(tài)。作為手性材料的二硫化鎢納米管，可以在低溫下通過一種被稱為“離子液體門極化”（liquid ionic gating）的實驗手段，呈現(xiàn)出超導(dǎo)特性。

接下來，研究團隊給納米管施加外部磁場，磁力線方向與納米管平行。這時，他們發(fā)現(xiàn)，有微弱的不對稱信號，從納米管的一段流向另一端。而這些信號在非手性超導(dǎo)材料中是極其微弱。

山內(nèi)表示，非對稱電流僅僅在磁力線平行于納米管時才會出現(xiàn)。如果沒有磁場，那么電流是對稱的。從理論上來說，即便納米管處于非超導(dǎo)態(tài)，平行磁場也可以激發(fā)非對稱電流，但是科學家并沒有在實驗中觀測到。

目前，科學家并不完全清楚手性超導(dǎo)納米管中非對稱電流的產(chǎn)生原因，而這些相關(guān)機制將是他們未來研究的重點之一。研究團隊將進一步深入探索手性和超導(dǎo)性的關(guān)系。

盡管目前討論手性超導(dǎo)的應(yīng)用可能還為時尚早，科學家們還是將手性超導(dǎo)現(xiàn)象和現(xiàn)有技術(shù)進行了對比。

而明顯可見的是，手性超導(dǎo)類似于二極管的單向?qū)ㄐ?yīng)，因此應(yīng)該可以用來制造超導(dǎo)電路中的超導(dǎo)二極管。

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