絕緣與超導性可集於一身？從石墨烯一窺奇妙的金屬世界
編譯／高晟鈞
觀察一個電子的動態，並找出它的規律並不難；然而，一個半導體中可能存在超過數十萬億個電子，彼此的相互作用也十分複雜。因此，科學家通常一次只觀察一個電子，並藉此描述材料的可測量特性。
但在量子材料領域，這一切又是另一個故事。作者Debanjan Chowdhury說道：「量子材料既是難題，也是創新之鑰，是邁入新一代量子技術的必經之路。」
高溫超導體
Chowdhury博士表示：「量子材料是違反直覺思考的，每個電子在系統中都是相互影響，因此必須視為一個整體，不能一次只觀察一個電子來描述其特性。」
電流在流過導體時，會與其摩擦產生熱並造成能量損失，而超導體由於電阻為零，因此不會有能量損失的情況。超導體對於人類的可能貢獻有很多。最簡單的例子便是發電廠。發電廠產出的能量中，有超過70%會在傳輸過程中耗損，那麼想像一下，倘若這些電纜都換成高溫超導體會發生什麼事呢？
高溫超導體的奇異金屬特性
正常導體的耗散（能量轉換效率）會隨溫度上升而增加，但會有一個固定上限。一旦超過該閾值，不論如何提高系統溫度，材料導電率都不會有所改變。
然而，這在超導體中卻是完全不一樣的。你可能會認為在零下100oc表現出超導性的超導體，在室溫下將會是一個超過銅銀金的優秀導體，然而，事實卻正好恰恰完全相反。Chowdhury博士推測，這一切可能都與量子力學有關。
身兼絕緣與超導性的石墨烯
我們都知道石墨烯是一個優良導體，然而，當兩片石墨烯相疊，並旋轉1.1度後，石墨烯竟意外成為了絕緣體。更神奇的是，當科學家外加電流後，它竟然搖身一變成為了零電阻超導體！
在1.1度的「魔法角度」下，石墨烯片的六邊形蜂巢結構會形成精確地摩爾結構（Moiré Configuration），石墨烯片間的電子出現強烈的靜電交互作用，相互排斥而無法流動而形成絕緣體。而當添加外部電子打破平衡後，電子竟突破絕緣狀態，並達到零電阻表現出了超導性。
而一切的關鍵便來自「拓樸特性」。透過拓樸性與強糾纏電子的組合，將為更高溫度的超導體，提供全新的想法概念，為往後的量子技術鋪平道路。
資料來源:Phys.org
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