石墨烯/氮化硼超晶材料实现超导体和绝缘体任意转换

      7月17日，美国劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL）在Nature发布了一项研究成果，研究人员利用三层石墨烯和六方氮化硼（HBN）制备出了一种可以从超导体任意切换为绝缘体的装置。 石墨烯/氮化硼超晶材料结构示意图 （灰色为三层石墨烯，红色和蓝色为氮化硼，绿色光圈示意超导特性结构） 通常，研究超导和绝缘时需要选择不同的材料。但有一种情况例外，莫特绝缘体是应该分类在常规能带理论之下的导体，当在特别低温测量时是绝缘体（英国的诺贝尔物理学奖获得者莫特，曾在1949年提出绝缘体也能像金属那样导电的猜想，直至2005年该猜想由韩国科研人员通过对不能通电的“莫特绝缘体”材料钒氧化物等施以电压冲击得以证明）。

      这个作用归结于电子和电子的相互作用，在常规能带理论上没有被考虑。 此前曾有研究报道，在三层石墨烯结构中发现莫特绝缘体特性。而另有研究成果显示，石墨烯形成云纹超晶格结构可实现超导。在这两项研究成果基础上，此次研究人员将三层石墨烯夹在两个氮化硼薄片之间，以此形成一种被称为云纹超晶格的重复循环结构。再利用可达40毫开（或零下452华氏度）的制冷设备将其冷却，然后通过对该装置施加不同强度的垂直高压电场，这种新材料可以实现高温超导与绝缘状态的转换（这里的高温仍然低于冰点几百度）。  

      显微镜下的三层石墨烯/氮化硼器件结构示意图（两个角度下） （黄色：金纳米触点，棕色：硅/氧化硅基板，绿色：氮化硼薄片，三层石墨烯封装于两个氮化硼薄片之间）