到目前为止，科学家发现一种物质后，并不总是总是立即了解其所有性质。 改进技术，包括方法，技术和研究方法，为希望了解我们周围的事物和工作方式的科学家提供了新的机会。 今天，我们将了解研究人员如何得知石墨烯很可能具有超导体的特性。 自上世纪初以来就已经研究了超导性，迄今为止，科学家们还没有意识到这种物理现象的所有方面。 研究团队如何精确地“重新配置”石墨烯，实验显示了哪些结果以及未来的研究应期待什么？ 科学家的报告将帮助我们找到这些问题的答案。 走吧
学习基础
首先，简而言之，让我们提醒自己，石墨烯是什么，以及石墨烯可以吃什么。
首先，石墨烯是由单层碳原子组成的二维结构。 换句话说，它是石墨（石墨烯的主要来源）的单层。
石墨烯具有非常独特的电化学性质，使其成为各种研究中的主要角色的理想候选者，并且可以作为未来技术的基础。
在实验室条件下，石墨烯是一种非常复杂，耗时且要求极高准确性的方法。 但是通过这种方式，您可以获得最大的高质量产品。 该方法的基础是对高取向热解石墨的机械作用。
在这项研究中，未使用单层石墨烯（
MLG ），而是使用了双层（
BLG ）。 由于这种材料具有令人关注的物理特性-带隙*，当在两层石墨烯之间形成不对称性时出现。
禁区*是理想晶体中电子无法拥有的能量值范围。 固体的3种主要类型根据带隙（eV-电子伏特）划分：金属-无带隙，半导体-高达3-4 eV，电介质-超过4-5 eV。
双层石墨烯的禁区是由于van Hove奇异性而形成的。
超导体的主要问题是它们处于足够低的温度。 科学家们正在试图将边界温度提高到室温。 研究人员以C
6 CaC
6为例，它能够在4 K（-269.15°C）下保持超导性，而且众所周知，它离室温还很远。
温度问题的可能答案在于二维石墨烯与其他类似材料的结合。 研究人员将我们的注意力吸引到了BCS理论上，该理论描述了具有相反自旋和动量的电子之间耦合的可能性。 在费米表面附近的光子交换中，电子开始相互吸引。 因此，可以形成电子对，从理论上讲，它们将不与单个电子或晶格相互作用，也就是说，电子对将移动而不会损失能量。 因此，可以通过增加相互作用常数（U）或费米能级n（EF）的态密度来增加超导体的边界温度。 在石墨烯和石墨中，费米能级的电子态密度非常低。 在这种情况下，直接依赖于能级。 在这里，您已经可以应用平坦区域理论。 研究人员说，改变相互作用常数的值仍然非常困难，但是可以通过平坦区域精确地增加n（EF）。
有关平坦区域的更多详细信息在
此工作中进行了描述。
在我们今天正在研究的研究中，科学家们决定尝试一种新方法，以“展平”石墨烯的电子区域，并提高该密度非常低的系统的电子态密度。
这项研究的材料基础是碳化硅（SiC）上的两层石墨烯，顺便说一句，它是硅和碳的化合物。 角分辨率光电子能谱（ARPES）已成为一种数据收集方法。
ARPES安装图。现在让我们找出研究人员做了什么？
研究成果
图片编号1上图显示了使用ARPES收集的数据，即来自涂有1.2单层石墨烯（MLG）的6H-SiC样品的数据。
6H-SiC是碳化硅的一种多型体（一种具有不同顺序的层堆叠结构，即组成元素相同，但不同类型的位置不同）。预期使用单层将导致分散体（狄拉克锥）在弱强度的两层分散体上占优势。 但是，在255 meV（毫电子伏特）的相互作用能水平下，观察到相当明显的平坦区域。 在图像
1a ，
1b和
1c中，该区域
的位置由白色箭头指示。
石墨烯1.2单层的存在是由于BLG光发射强度比MLG区的强度低约4倍。 相反，平坦的BLG区的强度是MLG区的强度的3倍。 科学家说，这样的观察可以在前人的研究中找到，但是以前没有进行过如此详细的研究。
使用ARPES还可以注意到在150 meV的相互作用能和150 ... 160 meV的能量范围内的分散扭结时产生的微小平坦区域（
1b上的蓝色箭头）。
然后研究人员决定分析光发射强度的分布。 为此，围绕样品的点K研究了三维“图”。 分析表明，只有双层石墨烯的单层（狄拉克锥）和分散体的一半可见，这与来自两个石墨烯亚晶格的有害干扰有关。 还可以看到，由于石墨烯光发射的干扰，平坦区域均匀分布在点K的两侧，这是非常不寻常的。
图像
1d显示了在235和255 meV的相互作用能下从
1a截取的费米表面的两种状态。 对于ARPES，20 meV的差异很小，但是足以看到费米表面的显着变化。 在235 meV处，由于光发射干扰的影响，由于强度调制，我们看到了“新月形”的相似性。 但是在255 meV时，我们已经看到了没有调制的“磁盘”。
图表
1e （对于点K周围的区域为1f）显示了平坦区域的光发射干扰强度。 图
1g已经显示了色散测量的结果。
密度泛函理论
为了进一步分析，根据单层，两层和三层石墨烯上的密度泛函理论进行了计算。
图片编号2图
2a显示了单层石墨烯（蓝色）和双层（红色）的色散计算结果的比较。 关于单层结构和两层结构之间的差异以及存在高水平的状态密度（
2b ）的概况的计算和实验数据几乎完全吻合。
一个重要的观察结果也是出现平坦区域的区域。 从图像
2a可以看出，不仅在研究的双层结构中最上层的石墨烯层中，而且在子晶格中都出现了一个平面区域。 在研究石墨烯+ Ni（111）的结构时，也观察到了类似的效果。
让我们再次回到图表
2b 。 在其上，我们可以看到层边缘处的状态密度的两个奇异点，它们之间的间隙清晰可见。 因此，状态密度的峰值对应于范霍夫奇点。
还特别注意了SiC衬底，或者更确切地说是它对双层或单层石墨烯状态的影响有多大。 图像
2e和
2f显示了验证结果。 黄色表示存在接受电荷过程的等值面，浅蓝色表示电荷损失。 在这里我们看到，上层石墨烯层（A和B）的亚晶格和下层石墨烯层（A）的亚晶格实际上根本不反应，由于与SiC衬底的相互作用，电荷仅表现出微不足道的不对称性。 而作为下部石墨烯层一部分的亚晶格C受石墨烯与SiC之间的相互作用的强烈影响。 为了更好地理解涉及哪种子格，请注意图像
2d ，该图像以图形方式显示了测试样品的所有层。 在右下角的插图中，我们看到子晶格A，B和C的位置。
科学家还分析了具有不同顺序的系统（例如，铁磁体）中平坦区域的形成。 事实证明，在这样的系统中，平面区域也表现出不稳定性，并且如果平面区域足够接近费米能级，则超导将胜过铁磁性。 科学家说，类似的观察结果可以推算到当前的研究中。
研究人员的发现
首先，科学家注意到，尽管结构相对于K点的二维膨胀是导致高水平的光发射强度的原因，但这并不是出现平坦区域的主要原因。 如果该膨胀在此过程中具有显着的重量，则在实验过程中，在K点附近的双层石墨烯的其他区域中，强度变窄和强度放大的效果将是可见的，但未观察到。
观察到平坦区域区域中的干扰消失（图像1c），因此，在255 meV的相互作用能下形成了圆盘状的费米表面。 这是一种独特的现象，尤其是对于石墨烯。 由于波函数在不同石墨烯亚晶格上的定位而产生了干扰。 但是在平坦区域的情况下，该波函数仅局限在一个子晶格上，因此，干扰消失了。
还观察到在150 meV的相互作用能下出现第二个平面带。 但是，尽管科学家无法清楚地解释其发生的性质。 一方面，这可能是由于在石墨烯层的不同区域中的强度一致。 另一方面，这可能是由于通常在单层石墨烯中发现的许多物体的影响而导致重新规范化的结果。
研究表明，相互作用能级的微不足道的变化会显着影响费米表面的状态（在235 meV处为月牙形，在255 meV处为圆盘状）。 在这种情况下，可能的散射通道数量大大增加。
同样重要的是要注意，为了详细研究超导性，必须使平面区域尽可能靠近费米能级。 因此，一种方法可以是通过嵌入Ca和沉积K将大量电荷载流子引入石墨烯层。这导致形成一维Van Hove奇异性。
您可以使用
研究人员的
报告和
其他补充材料来更详细地
了解这项研究 。
结语
科学家能够证明，通过对多层石墨烯结构的亚晶格和中间层进行操作，可以控制平坦区域的形状和特性。 根据研究人员的说法，结合使用该技术和增强的电子-声子键方法将有助于将来获得超导体，该超导体的性能将在比现在更高的温度下得到保留。
超导体非常重要。 从超导量子干涉仪到MR扫描仪，它们已经用于许多技术中。 进一步研究超导体，它们的特性，制备方法以及质量的提高，不仅会改善现代世界，而且会使它变得有些未来主义。
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