- 華盛頓大學成功改變摩爾圖案的特性，實現超導體與絕緣體的轉換。
- 調整材料的應變可使其電阻變化達一百倍，顯示出極高的可預測性。
- 研究團隊希望通過控制應變來改善摩爾圖案的製作過程。
- 目前團隊正致力於簡化實驗，以便其他研究人員能複製結果。
華盛頓大學的科學家們開發了一種新方法，能夠改變一種神奇材料的特性，該材料為摩爾圖案。摩爾圖案由石墨烯製成，能夠在超導體與絕緣體之間轉換狀態。有趣的是，華盛頓大學的研究人員發現，調整材料的應變可以使其電阻變化達一百倍。摩爾圖案是利用微型機械手將單原子薄的碳片疊加在一起而製成的。當上層碳片旋轉時，重疊的原子晶格相互扭曲，形成一種隨著角度變化而擴展和收縮的複雜摩爾圖案。
2018 年，麻省理工學院的研究人員顯示，當上層碳片旋轉至 1.1 度並冷卻至接近絕對零度時，該材料會變為超導體。在這種狀態下，材料允許電子自由流動，並可用於開發計算、能源和量子感測應用的超導材料。
摩爾圖案的轉換特性
在這一領域的進一步研究使科學家能夠將元素從碳轉移，創造出原子級薄的摩爾圖案。這些圖案可以通過溫度、電壓和磁場等外部因素進行調整，從而使其從超導體轉變為絕緣體，幾乎完全停止電子的流動。華盛頓大學物理及材料科學副教授馬修·揚科維茨表示：「通過調整這些參數，我們可以以非常可預測和可重複的方式在不同的物質狀態之間進行循環。您可以從金屬變為絕緣體，然後再回到金屬，再變為絕緣體，之後再轉換為超導體。
這使我們能夠使用一個裝置來代表整個材料家族，從而觀察超導性與周圍狀態之間的關係。」
應變對材料的影響
該團隊與華盛頓大學的物理學教授朱儁豪合作，將應變作為另一個新因素，以協助這些材料進行轉換。儘管在材料科學實驗室中構建摩爾圖案相對常見，但並不簡單。處理原子級薄的材料並將其疊加在一起，往往會導致其中一個或兩個材料變形和扭曲。在現實世界中，摩爾圖案的情況並不像圖像中那樣美觀，而是更加混亂。華盛頓大學的研究人員希望通過控制所處理材料的延伸來改變這一情況。
該團隊將材料應用於一種隨著施加電壓變化而膨脹和收縮的裝置，發現可以控制晶格的應變。通過調整應變，團隊成功地使材料的電阻相比於普通金屬變化超過 100 倍。這一變化可以通過在超低溫下處理樣本進一步改善。朱儁豪在一份新聞稿中表示：「這一對應變的巨大反應令人驚訝，因為它也出現在其他異國情調的材料中，包括高溫超導體，這是物理學中偉大的未解決問題之一。這一共同聯繫使我們更接近於理解這些迷人而復雜的現象背後的基本原理。」
該團隊目前正在努力簡化實驗，以便其他研究人員能夠使用其他材料複製這些結果。研究結果已發表在《科學》期刊上。
摩爾圖案技術的潛在應用與挑戰
華盛頓大學的研究展示了摩爾圖案在材料科學中的重要性，特別是其在超導體和絕緣體之間的轉換能力。這種轉換不僅能夠提升材料的電阻特性，還可能促進計算、能源及量子感測等領域的應用。然而，摩爾圖案的製作過程並不簡單，研究團隊的努力在於控制材料的應變，以克服現實中材料變形的挑戰。隨著實驗的簡化，這項技術的可行性將有望提升，並為未來的研究開啟新方向。