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轟動國際學界石墨烯“魔角”讓石墨烯變超導體世界頂尖學術期刊、英國《自然》雜志(Nature )在北京時間 2018 12 19 日零時發(fā)布了 2018 年度影響世界的十大科學人物,發(fā)現(xiàn)石墨烯超導角度的“神童”曹原出現(xiàn)在榜單的第一位。

2018 3 5 日,《自然》背靠背發(fā)表了兩篇以曹原為第一作者的石墨烯重磅論文。這名中科大少年班的畢業(yè)生、美國麻省理工學院的博士生發(fā)現(xiàn),當兩層平行石墨烯堆成約 1.1°的微妙角度,就會產(chǎn)生神奇的超導效應。這一發(fā)現(xiàn)轟動國際學界,直接開辟了凝聚態(tài)物理的一塊新領域。

2014年,當曹原加入實驗室的時候,美國麻省理工學院的 PabloJarillo-Herrero 課題組就已經(jīng)在用不同的角度堆疊、旋轉(zhuǎn)碳原子層了。曹原的工作是研究壘在一起的兩層石墨烯彼此間輕微偏轉(zhuǎn)會發(fā)生什么,按照理論預測,輕微的偏轉(zhuǎn)就會讓材料行為產(chǎn)生劇變。許多物理學家對此心存懷疑。但曹原著手搭成微妙偏轉(zhuǎn)的石墨烯層后,他發(fā)現(xiàn)了奇怪的東西,置于一個小型電場,溫度降至絕對零度以上 1.7°C,通常會導電的石墨烯成為了絕緣體。這就夠令人吃驚了!拔覀冎浪鼤趯W界引起轟動。”曹原說道。不過,更好的還在后面:稍微調(diào)整一下電場,偏轉(zhuǎn)的石墨烯層就變成了超導體,電流可無阻流動。

要使平行的兩層石墨烯旋轉(zhuǎn)成約 1.1°魔角,需要一些試驗,但曹原很快就能可靠地完成!八膶嶒灱记芍陵P重要!Jarillo-Herrero 說道。曹原開創(chuàng)了一種撕出單層石墨烯的方法,以制出具有相同角度的雙層堆疊。接著微調(diào)校準,他還調(diào)整了低溫系統(tǒng)的溫度,使超導性得以更清晰地顯現(xiàn)。

在超導方面的應用,目前大部分還只是處于研究實驗中,并不能廣泛的運用于現(xiàn)實。當然,也并不是說就沒有超導的應用,超導應用目前最成功的是超導磁體和超導微波器件等,但也是極為有限。醫(yī)院里的核磁共振成像大都采用超導磁體,其磁場一直存在線圈 中,所以進入檢測室需要摘除所有金屬物件。

基礎科學研究采用的穩(wěn)恒強磁場、大型加速器磁體、高能粒子探測器以及工業(yè)中采用 的磁力選礦和污水處理等,也利用了場強高的超導磁體。發(fā)展更高分辨率的核磁共振、磁約束的人工可控核聚變、超級粒子對撞機等,都必須依賴強度更高的超導磁體,也是未來 技術的可能突破口。超導微波器件在一些軍事和民用領域都已經(jīng)走向成熟甚至是商業(yè)化 了,為信息爆炸的今天提供了非常有效的通訊保障。

當然,超導的應用也不僅僅只有這些,超導在磁懸浮列車、量子應用、可控核聚變等 重要領域都有著巨大的發(fā)展空間。

(1)當兩層平行石墨烯堆成約 1.1°的微妙角度,就會產(chǎn)生神奇的___________效應;

(2)置于一個小型電場,溫度降至絕對零度以上1.7°C,通常會導電的石墨烯成為了 ______。稍微調(diào)整一下電場,偏轉(zhuǎn)的石墨烯層就變成了 ________;

(3)去醫(yī)院做核磁共振需要摘除所有金屬物件的原因是______

【答案】超導 絕緣體 超導體 影響檢測結果、損傷人體和損壞設備等

【解析】

(1)[1]當兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度,就會產(chǎn)生神奇的超導效應。

(2)[2]置于一個小型電場,溫度降至絕對零度以上1.7°C時,石墨烯會成為絕緣體。

[3]稍微調(diào)整一下電場,偏轉(zhuǎn)的石墨烯變成了超導體。

(3)[4]核磁共振是應用超導磁體,若帶著金屬物體進入檢測室,金屬物體會對磁場有影響,造成檢測結果偏差,另外金屬物體可能被磁場吸走,從而損傷人體和損壞設備。

練習冊系列答案
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【題目】如圖所示電路中,電源電壓保持不變,閉合開關S,滑動變阻器的滑片向右移動時。下列判斷正確的是( 。

A.電路的總功率不變B.電壓表與電流表示數(shù)的比值不變

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C.乙圖中物體A下表面受到水的壓力為10ND.乙圖中物體B對物體A的壓力為2.5N

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(1)實驗中是通過______反映電阻產(chǎn)生熱量的多少的;

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【題目】如圖是“探究浮力的大小與排開的水所受重力關系”的過程情景,請根據(jù)圖示完成下面的填空。

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2)在如圖B中存在的錯誤是_____。

3)糾正錯誤后,繼續(xù)實驗,在圖C中圓柱受到的浮力F_____N。

4)根據(jù)如圖_____可以得出,圓柱體排開的水所受的重力為_____N。

5)實驗結果表明:浸在水中的物體受到的浮力_____物體排開水所受到的重力(選填“大于”、“小于”或“等于”)。

6)糾正如圖B中的錯誤后,圓柱體從剛接觸水面到全部浸沒水中,彈簧測力計的示數(shù)逐漸減小,水對杯底的壓強_____(選填“逐漸增大”、“逐漸減小、“保持不變”)。

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【題目】一條形磁鐵放在水平桌面上,處于靜止狀態(tài),電磁鐵置于條形磁鐵附近并正對(如圖所示)。下列敘述中,正確的是(  )

A. 閉合開關前,電磁鐵與條形磁鐵間沒有力的作用

B. 閉合開關后,條形磁鐵受到桌面向左的摩擦力

C. 閉合開關后,滑片Pa移動時電磁鐵與條形磁鐵間的作用力增大

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C.小燈泡正常發(fā)光時,R1的阻值為D.滑動變阻器R1的最大阻值為35Ω

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