在同步加速器光源（BESSY II）上用角分辨光電子能譜（ARPES）掃描雙層石墨烯的能帶結構的譜圖

碳原子可形成多種類型的化學鍵。因此，純碳能以多種形式呈現在世人面前，如鑽石、石墨、碳納米管和富勒烯等。一般認爲，這些奇特的二維材料雖然具有良好的導電性能，但還不是超導體。《科學進展》雜誌的報道或將改變這個觀點。

2018年4月，美國麻省理工學院（MIT）的研究人員發現，在六角網絡扭角爲1.1度等特定條件下，雙層石墨烯可以具備超導性質。在這種情況下，雙層石墨烯的電子結構會形成平帶。雖然採用這種方式製備石墨烯樣品非常複雜，並不適合大規模生產，但它還是吸引了諸多專家的關注。

德國赫蒙霍茲研究中心（HZB）的奧利弗·雷德教授（Prof. Oliver Rader）和安德烈·瓦雷卡洛夫博士（Dr. Andrei Varykhalov）利用同步加速器光源（BESSY II）研究了一種更簡便的平帶製備方法。實驗樣品由克姆尼茨工業大學（TU Chemnitz）的湯瑪斯·塞勒教授（Prof. Thomas Seyller）提供——塞勒教授等使用的製備方法適用於更大規模的雙層石墨烯生產：對碳化硅晶體持續加熱，硅原子從表面蒸發後可得到完全重疊的雙層石墨烯。

研究人員利用BESSY II對雙層石墨烯的帶結構進行了仔細的分析，發現了之前被忽略的平帶區域。瓦雷卡洛夫解釋說：“作爲一種具有帶隙的半導體材料，雙層石墨烯已經被深入研究過。但在BESSY II的高分辨率角分辨光電子能譜（ARPES）上，我們識別到了帶隙附近的平帶區域。”論文第一作者德米特里·馬爾琴科博士（Dr. Dmitry Marchenko）對這一結果也很意外，他說：“在這個經過充分研究的帶結構中，竟然有平帶的存在。”

平帶只是形成超導效應的先決條件，它還需要達到費米能級。雖然雙層石墨烯的能級（0.2電子伏）低於費米能級，但可以通過摻雜原子或應用柵電壓等方式提高能級。研究人員認爲，雙層石墨烯之間與石墨烯和碳化硅晶格之間的相互作用對平帶形成均有影響。雷德教授補充說：“現在，我們可以通過很少的參數預測這種相互作用，進而調控帶結構了。”

編譯：雷鑫宇 審稿：德克斯特 責編： 唐林芳

期刊來源：《科學進展》

原文鏈接：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/11/181109150124.htm

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