美国和日本成功使用绝缘氮化硼层二维石墨烯实现了可控室温超导

流经电力线和计算机的电子不可避免地会遇到电阻，遇到电阻时就会损失一些能量，这些能量会以热量的形式散失。这就是为什么笔记本电脑在使用太长时间后会变热，同样，任何携带能量的粒子在典型环境中流动时都会失去能量。不过，我们知道有超导体的存在，超导体只有在非常低的温度下才能工作，也就是说当粒子形成称为量子凝聚体对时才可以工作。

这导致了某些金属（如铝）中的超导性和电阻消失，以及液化氦中的超流体，这些超流体可以流动而不会耗散或损失能量。基于这些量子凝聚态的超导材料，人们开发了许多应用，从无能量损耗的电力传输到量子计计算机等等。但是，已知的超导材料需要保持低温，这通常是不切实际的。

为了实现室温超导，科学家们首先需要更好地理解是什么驱动了量子凝聚体的形成。理论上，超导性是成对电子的结果。然而，在大多数材料中，配对很弱，两个带负电荷的粒子通常不想配对，而且强度是固定的。

但是美国和日本的科学家们《科学》杂志上发表了一篇新文章，描述了一种可调节的，基于石墨烯的平台，在强磁场下使用相反电荷的电子和空穴可以轻易的形成量子粒子对。该团队现在可以沿着一个连续对称结构来改变这一配对的强度，这将帮助科学家研究关于量子凝聚体起源的理论，以及它们可能如何增加超导电性的温度极限。

“基本理论很简单。”一位科学家解释说：“如果你能让电子配对，它们就能成为超导体。无论电子之间的吸引力有多么弱，都会导致这些电子配对，形成的这种新粒子的行为类似于玻色子粒子，在足够低的温度下，它们可以进入集体状态，在不受无序阻碍的物质中运动——这是任何单个电子都无法实现的特性。

这个最初由理论物理学家提出的总体想法，现在正由研究小组在石墨烯的原子薄片上实现。石墨烯是一种具有独特性质的材料，他们多年来一直致力于利用这种材料。根据施加的电压和磁场，石墨烯片可以由带负电荷的电子或带正电荷的空洞填充而成。当两个这样的薄片放在一起时，一个薄片上的电子会想与另一个带相反电荷的空洞配对，形成玻色子对。在此基础上，利用美国和日本科学家们开发的一种技术可以制造不同原子薄材料的分层堆叠，科学家们在石墨烯之间添加了绝缘氮化硼层。

这在一个石墨烯片上的电子和另一个石墨烯片上的空洞之间产生了物理距离，这也影响了相互作用的强度：“”更多的绝缘层产生了较弱的键，层数越少，越结实。通过改变分离层的厚度，我们可以直接、可调地控制相互作用强度。”论文的另一位主要作者表示。