应变石墨烯中显著增强的电声耦合:一种实现石墨烯超导的可能途径

2013年11月22日

应变石墨烯中显著增强的电声耦合:一种实现石墨烯超导的可能途径

石墨烯自发现以来就因其极其出众的性质引起了科学界的广泛关注。电学上,它具有非常高的载流子迁移率,超过了任何已知材料;光学上,它几乎是完全透明的;力学上,它是迄今为止最强的二维材料。但是,由于石墨烯的电声耦合很弱,石墨烯并不具有超导电性。因此,探索如何实现石墨烯的超导是石墨烯领域长期以来的热点和难点问题。一旦实现,将推动石墨烯更广阔的物理应用和更具前景的器件集成,包括纳米尺度的超导量子干涉器件,超导晶体管,低温固态冷却器等。

最近,实验室博士研究生司晨在导师段文晖教授的指导下,与美国犹他大学刘峰教授和刘峥博士合作,基于第一原理计算探索了利用拉伸应变和电荷掺杂共同作用导致石墨烯超导的可能性。他们发现,伴随电荷掺杂增大了石墨烯的费米面,双轴拉伸应变通过导致石墨烯平面内振动的高频光学声子的软化,非线性地显著增强了石墨烯的电声耦合。在实验可以达到的掺杂和应变范围内,基于BCS理论得到的超导转变温度可高达30K。与金属原子吸附的石墨烯中通过引入金属原子的电子态以及振动参与电声耦合诱发超导的行为不同,应变石墨烯中可能的超导转变是一种更本征的行为,来源于应变驱动的石墨烯π电子与碳原子平面内振动的光学声子的电声耦合加强。该成果以“First-Principles Calculations on the Effect of Doping and Biaxial Tensile Strain on Electron-Phonon Coupling in Graphene”为题发表在2013年11月8日的Physical Review Letters上。上述研究工作得到了国家自然科学基金和科技部“973”项目的资助。