研究：摻水的石墨薄片在高溫下展現超導特性

Researchers find water doped graphite flakes exhibit superconductive properties at high temperature
http://phys.org/news/2012-09-doped-graphite-flakes-superconductive-properties.html

By Bob Yirka, September 19, 2012

(Phys.org) --（德國）萊比錫大學的研究者發現，在非常小的石墨薄片中摻入水，接著讓它乾燥，會產生一種行為非常像超導體的材料。這個團隊，由 Pablo Esquinazi 所領導，寫了一篇描述其過程與結果的論文，並將之發表在同儕審查的期刊 Advanced Materials 上。如果他們的發現證明為真，那麼這項發現無疑將顛覆電子產業。

超導體是一種在無電阻的情況下導電的材料，那意味著沒有能量的損耗；研究者們已花了許多年在尋找能在室溫下（需多材料在非常冷的溫度下都是超導體）運作的這類材料，但都沒有成功。因為碳原子獨特的晶格構造，這個領域的新近研究都聚焦在基於碳原子的物質上，例如石墨烯（graphene）、奈米碳管與石墨（graphite），但是到目前為止，沒人能夠找出一種方法，利用它們製作出在室溫下具有超導性的材料。

在這項新研究裡，該團隊是建構在先前的研究上 -- 那證明石墨在非常低溫下，摻雜各種物質時，會變成超導體。他們納悶，如果他們能找到正確的摻雜物，是否能產生一種在更高溫度下具有超導性的材料。為了簡化的緣故，他們從純水開始。

他們將石墨粉末（由微小的薄片所構成）浸泡在水中一天，接著，他們將粉末濾出並讓它們在攝氏 100 度的烤箱中乾燥，接著將它們置於磁場（ magnetized field）中然後拿出來。他們發現這種材料仍被磁化，這暗示那是一種超導體。為了排除它們不過是鐵磁（ferromagnetic）的可能性，他們利用不同的磁性強度與溫度，將前述過程跑了好幾次，結果它們都像是一種超導體。顯然，下一步將會是把這些粉末放在一起，然後通電，看看它是否能在沒有阻礙的情況下傳導，不過他們這麼做會引起材料產生變化，導致超導特性的喪失，那當然意味著，沒人知道這種物質在室溫下是否真為一種超導體。

該團隊認為，其所發生的是，高濃度的電子在薄片相交界處（flakes interface）形成，而添加的水不知怎地，導致它們鍵結。所產生的材料，若真具超導性，那也一定只出現在其表面，那可能意味著，我們得重新思考，電如何利用這樣的材料來傳輸。無論如何，這項研究一定會透過同儕審查的程序澈底審查，且假如其他人也發現相同特性，那麼將會進行新的研究，看看是否有方法能將這些薄片編在一起以創造出某種導線，那能用來測試此德國團隊所發現東西，是否真的是一種室溫超導材料。

※ 那或許只是「碳磁性」？相關報導：

＊ Can doping graphite trigger room temperature superconductivity? Evidence for granular high-temperature superconductivity in water-treated graphite powder
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201202219/abstract
http://arxiv.org/abs/1209.1938

T. Scheike, W. Bohlmann, P. Esquinazi, J. Barzola-Quiquia,
A. Ballestar, A. Setzer
arXiv: 1209.1938 [cond-mat.supr-con]
doi: 10.1002/adma.201202219

Granular superconductivity in powders of small graphite grains (several tens of micrometers) is demonstrated after treatment with pure water. The temperature, magnetic field and time dependence of the magnetic moment of the treated graphite powder provides evidence for the existence of superconducting vortices with some similarities to high-temperature granular superconducting oxides but even at temperatures above 300 K. Room temperature superconductivity in doped graphite or at its interfaces appears to be possible.

＊ 物理學家移除石墨原子創造出「碳磁性」
＊ 磁性、超導性共存的新材料開啟新的可能性
＊ 零電阻的單原子層材料

＊ 在石墨烯薄片上發現新的奈米級電子態
＊ 摻雜賦予石墨烯太陽能電池最大效率