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石墨烯因其優(yōu)異的電學(xué)、機(jī)械和熱學(xué)性能，自發(fā)現(xiàn)以來便備受學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。經(jīng)過20多年的研究與發(fā)展，石墨烯仍然是人們關(guān)注的明星材料。

特別是進(jìn)入2025年5月以來，Nature、Science已連續(xù)報道了3篇石墨烯材料的研究進(jìn)展，今天小豐帶你一起了解下都有哪些新成果吧~

Science 石墨烯中兩個電子相干碰撞，為量子信息處理提供新突破！

2025年5月1日，期刊Science報道研究人員設(shè)計并制備了一種基于石墨烯的Mach-Zehnder干涉儀，通過動態(tài)電子激發(fā)實現(xiàn)了電子之間的相干碰撞。這一研究突破了傳統(tǒng)材料中的局限，成功演示了兩電子在光束分離器處的相干碰撞，并利用HOM干涉現(xiàn)象揭示了電子波函數(shù)的不可區(qū)分部分和可區(qū)分部分之間的互補性。

研究人員通過精確控制電壓脈沖和時間延遲，能夠同步生成單個電子波包并實現(xiàn)其干涉操作。此項技術(shù)利用石墨烯的優(yōu)異性質(zhì)，使得即使在2K的溫度和1 mV的電壓下，電子的量子干涉現(xiàn)象依然保持良好，展示了石墨烯在量子信息處理中的巨大潛力。

此外，該團(tuán)隊通過對碰撞后的噪聲進(jìn)行測量，揭示了電子碰撞過程中不同物理現(xiàn)象的干涉效應(yīng)，特別是在電子-空穴對的干涉中觀察到的Aharonov-Bohm振蕩，成功展示了量子態(tài)斷層掃描的結(jié)果，進(jìn)一步證明了石墨烯在飛行量子比特技術(shù)中的應(yīng)用前景。

這一進(jìn)展不僅為電子量子光學(xué)提供了新的實驗平臺，也為未來基于石墨烯的量子計算設(shè)備設(shè)計提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

文獻(xiàn)名稱：Electron collision in a two-path graphene interferometer

Nature 自旋-軌道耦合雙層石墨烯中的轉(zhuǎn)角可編程超導(dǎo)性

在近晶格匹配的范德華材料中，層間相對轉(zhuǎn)角對于莫爾平帶相關(guān)的涌現(xiàn)現(xiàn)象至關(guān)重要。然而，角度旋轉(zhuǎn)控制的概念并不局限于電子直接感受轉(zhuǎn)角依賴周期勢的莫爾超晶格。實際上，這種調(diào)控手段還能用于誘導(dǎo)可編程的對稱性破缺擾動，從而實現(xiàn)目標(biāo)關(guān)聯(lián)態(tài)的穩(wěn)定。

2025年5月7日，期刊Nature報道研究人員通過實驗證明了在二硒化鎢（WSe2）近鄰效應(yīng)作用下的伯納爾雙層石墨烯（BLG）中，超導(dǎo)性與其他關(guān)聯(lián)序的"無莫爾"轉(zhuǎn)角調(diào)控。兩材料間的精確對準(zhǔn)可系統(tǒng)調(diào)控誘導(dǎo)伊辛自旋-軌道耦合（SOC）的強(qiáng)度，從而深刻改變體系相圖。隨著伊辛SOC增強(qiáng)，超導(dǎo)相變在更高位移場下發(fā)生，且臨界溫度最高可達(dá)0.5K。

在主超導(dǎo)穹頂內(nèi)的強(qiáng)伊辛SOC區(qū)域，發(fā)現(xiàn)了一種不尋常的相變，其特征是三角彎曲費米口袋間空穴的向列性重分布，并且增強(qiáng)了對面內(nèi)磁場的恢復(fù)力。理論分析表明這種超導(dǎo)行為與對稱性破缺費米口袋間的帶間相互作用主導(dǎo)機(jī)制相符。此外，還確定了兩個額外的超導(dǎo)區(qū)域，其中一個源自谷間相干正常態(tài)，其泡利極限違反比超過40，在所有已知超導(dǎo)體中是最高的。

這項研究發(fā)現(xiàn)不僅深化了對超潔凈石墨烯超導(dǎo)體的理解，更凸顯了"無莫爾"轉(zhuǎn)角工程在各類范德華異質(zhì)結(jié)中的廣泛應(yīng)用潛力。

文獻(xiàn)名稱：Twist-programmable superconductivity in spin–orbit-coupled bilayer graphene.

Nature 自旋-軌道耦合三層石墨烯中的超導(dǎo)性與自旋傾斜

石墨烯和過渡金屬硫族化合物（TMD）平帶體系顯示出相似的相圖，均包含磁性和超導(dǎo)相。一個長期存在的問題是：磁序究竟是與超導(dǎo)性競爭，還是促進(jìn)了電子配對？例如，最近對Bernal雙層石墨烯的研究表明，在增強(qiáng)的自旋-軌道耦合作用下，超導(dǎo)態(tài)的相干區(qū)域和臨界溫度Tc顯著提升，但其微觀機(jī)制尚不明確。

2025年5月7日，期刊Nature報道研究人員通過襯底鄰近效應(yīng)在菱面體堆疊三層石墨烯（Rhombohedral trilayer graphene, RTG）中引入SOC，在電子型和空穴型摻雜區(qū)間均觀測到新的超導(dǎo)相區(qū)，其最高臨界溫度（Tc≈300mK）達(dá)到六方氮化硼封裝RTG體系的三倍。

借助局域磁測量技術(shù)，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)相存在于兩個磁性態(tài)的相變邊界：一側(cè)是具有面內(nèi)磁矩分量的自旋傾斜態(tài)，另一側(cè)則是完全自旋-能谷鎖定的狀態(tài)。這一相變在Hartree-Fock計算中得到重現(xiàn)，其驅(qū)動力源于自旋-軌道耦合與載流子密度調(diào)控的Hund相互作用之間的競爭。實驗表明，自旋-軌道耦合對超導(dǎo)性的增強(qiáng)機(jī)制源于自旋傾斜角的定量改變，而非基態(tài)對稱性的轉(zhuǎn)變。

該結(jié)果與近期提出的超導(dǎo)增強(qiáng)機(jī)制相吻合，該理論認(rèn)為自旋傾斜序的漲落對電子配對相互作用具有促進(jìn)作用。 

文獻(xiàn)名稱：Superconductivity and spin canting in spin-orbit-coupled trilayer graphene.

2024年10月，Science曾發(fā)表了一篇以題為“Graphene, beyond lab benches”的評述論文，文章聚焦石墨烯這一前沿材料在實驗室之外的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向。

文章中提到，當(dāng)前石墨烯的潛在應(yīng)用已轉(zhuǎn)向那些能夠容忍結(jié)構(gòu)缺陷但仍能受益于石墨烯衍生物強(qiáng)度和輕質(zhì)特性的領(lǐng)域，如復(fù)合材料、涂層和增強(qiáng)材料。2024及以后，石墨烯的研究與商業(yè)化成果主要集中在如下幾個方向：

• 石墨烯衍生物的可規(guī)?；a(chǎn)

• 可控厚度的石墨烯衍生物自支撐薄膜，在傳統(tǒng)材料上直接生長石墨烯薄膜

• 電池，混凝土，超級電容器，阻燃材料，電磁屏蔽，

• 氣體傳感器，可穿戴電子設(shè)備，光電探測器，光學(xué)調(diào)制器，太赫茲波探測器

• 治療用途，航空航天結(jié)構(gòu)組件，與硅兼容的互補金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)

  
  

作者認(rèn)為，有關(guān)石墨烯的應(yīng)用學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的需求之間仍存在較大差距，需要更緊密的合作來縮小這一差距。

先豐納米自成立以來一直在科研和工業(yè)兩個方面為客戶提供完善服務(wù)，經(jīng)過15年的發(fā)展，先豐納米石墨烯系列產(chǎn)品已經(jīng)接近50余種，包括石墨烯、氧化石墨烯、功能化石墨烯的粉體、漿料以及薄膜等產(chǎn)品，具有年產(chǎn)50噸石墨烯粉體和1000噸石墨烯漿料產(chǎn)品的生產(chǎn)線，可完全滿足學(xué)術(shù)界和工業(yè)應(yīng)用的需求，歡迎廣大客戶溝通交流~

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