以「魔角」相疊的石墨烯驚現雙重身份，身兼絕緣體與超導體

【Technews科技新報】神奇材料石墨烯又帶來奇蹟特性！當科學家將兩層石墨烯片相疊並旋轉 1.1 度時，意外發現石墨烯成為絕緣體，但當科學家額外添加電子之後，石墨烯又搖身一變成零電阻超導體，雙重身份轉換好不自在！

自從 2004 年英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功實驗從石墨中分離出石墨烯後，石墨烯就開始不斷刷新各項極限值，比如它是目前世上最薄卻最堅硬的納米材料（比鋼還要強幾百倍），也是目前世上電阻率最小的材料（約 10~6Ω·cm，導電性比銅更強）。

而現在，由麻省理工學院、哈佛大學與日本國家物質材料研究機構（National Institute for Materials Science）專家組成的團隊，將兩層石墨烯片以 1.1 度的「魔角」（magic angle）堆疊，使蜂巢般的原子網格稍微交錯，接著添加電子，意外發現這種材料竟帶來「奇蹟」特性：通電前是絕緣體（電荷不能通過材料），通電後是科學家夢想中零電阻的超導體（電子可以在沒有電阻的情況下穿過材料）。

研究人員嘗試過旋轉各種角度，但只有以 1.1 度旋轉相疊的石墨烯片其六邊形蜂巢晶格形成精確摩爾結構（moiré configuration），就像莫特絕緣體（Mott insulator）一樣，石墨烯片間的電子出現強烈靜電相互作用，相互排斥而無法流動；而當研究人員添加額外電子與原本敵不動我不動的電子結合後，電子竟突破初始絕緣狀態並零電阻流動，就像超導體一樣。

研究人員調整石墨烯片相疊角度，並找到 1.1 度「魔角」。

雖然去年科學家也能藉由摻雜其他材料來合成石墨烯超導體（在兩層石墨烯片中間插入鈣原子），但這一次，新團隊找到的是完全不依賴其他材料、又能身兼絕緣體的「純石墨烯超導體」。

團隊在《自然》期刊連發兩篇論文，這次研究還有另一個原因令人如此興奮，是因為它可能是開發能於室溫下工作的超導體關鍵。大多數超導體只能在接近絕對零度的溫度發揮零電阻特性，科學家一直致力於尋求提高超導材料的臨界溫度，目前高溫超導體的最高溫度紀錄是馬克普朗克研究所的 203K（-70°C）。

如果超導體能在室溫發揮功力，將大幅減少冷卻成本，醫療技術、電網、消費性電子產品等變得更高效，潛力相當無比。

（首圖來源：麻省理工學院）

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科技新報編輯

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