《自然》杂志：哈佛科学家用钻石照亮石墨烯中 - 自然科学史研究杂志社投稿

一、来稿必须是作者独立取得的原创性学术研究成果，来稿的文字复制比（相似度或重复率）必须低于用稿标准，引用部分文字的要在参考文献中注明；署名和作者单位无误，未曾以任何形式用任何文种在国内外公开发表过；未一稿多投。二、来稿除文中特别加以标注和致谢之外，不侵犯任何版权或损害第三方的任何其他权利。如果20天后未收到本刊的录用通知，可自行处理(双方另有约定的除外)。三、来稿经审阅通过，编辑部会将修改意见反馈给您，您应在收到通知7天内提交修改稿。作者享有引用和复制该文的权利及著作权法的其它权利。四、一般来说，4500字（电脑WORD统计，图表另计）以下的文章，不能说清问题，很难保证学术质量，本刊恕不受理。五、论文格式及要素：标题、作者、工作单位全称(院系处室)、摘要、关键词、正文、注释、参考文献(遵从国家标准：GB\T7714-2005，点击查看参考文献格式示例)、作者简介(100字内)、联系方式(通信地址、邮编、电话、电子信箱)。六、处理流程：（1）通过电子邮件将稿件发到我刊唯一投稿信箱（2）我刊初审周期为2－3个工作日，请在投稿3天后查看您的邮箱，收阅我们的审稿回复或用稿通知；若30天内没有收到我们的回复，稿件可自行处理。（3）按用稿通知上的要求办理相关手续后，稿件将进入出版程序。（4）杂志出刊后，我们会按照您提供的地址免费奉寄样刊。七、凡向文教资料杂志社投稿者均被视为接受如下声明：（1）稿件必须是作者本人独立完成的，属原创作品（包括翻译），杜绝抄袭行为，严禁学术腐败现象，严格学术不端检测，如发现系抄袭作品并由此引起的一切责任均由作者本人承担，本刊不承担任何民事连带责任。（2）本刊发表的所有文章，除另有说明外，只代表作者本人的观点，不代表本刊观点。由此引发的任何纠纷和争议本刊不受任何牵连。（3）本刊拥有自主编辑权，但仅限于不违背作者原意的技术性调整。如必须进行重大改动的，编辑部有义务告知作者，或由作者授权编辑修改，或提出意见由作者自己修改。（4）作品在《文教资料》发表后，作者同意其电子版同时发布在文教资料杂志社官方网上。（5）作者同意将其拥有的对其论文的汇编权、翻译权、印刷版和电子版的复制权、网络传播权、发行权等权利在世界范围内无限期转让给《文教资料》杂志社。本刊在与国内外文献数据库或检索系统进行交流合作时，不再征询作者意见，并且不再支付稿酬。九、特别欢迎用电子文档投稿，或邮寄编辑部,勿邮寄私人，以免延误稿件处理时间。

《自然》杂志：哈佛科学家用钻石照亮石墨烯中

作者:

关键词:

摘要：

这听起来好像是纯粹的巫术：使用钻石来观察看不见的、在精心制作的通道中回旋和流动的动力。但是这些钻石确实是真实的，或者更具体地说是人造钻石的量子缺陷。

哈佛大学量子技术中心（QTC）博士后研究员Mark Ku以及其他同事，包括哈佛大学的Amir Yacoby教授和其它六位中国学者，开发出一种使用钻石查看电子的难以捉摸细节的崭新方法。该最新研究结果论文发表在今天的《自然》杂志上。

这项新技术为研究人员提供了微观世界中电的复杂运动的地图。该团队通过揭示在石墨烯中流动的异常电流来证明了该技术的潜力，石墨烯是仅一个原子厚的一层碳。石墨烯具有出色的电性能，该技术可以帮助研究人员更好地了解石墨烯和其他材料，并为它们找到新的用途。

该研究论文描述了其基于金刚石的量子传感器如何在石墨烯中产生电流的图景。他们的研究结果首次揭示了室温石墨烯如何产生电流及其流动的细节。如图所示石墨烯中的电流图片（由红色轮廓标记），显示了使用基于钻石的量子传感器成像的类似流体的流动。灰色部分是金属电触点阻止数据收集的地方。

论文的第一作者Ku说，“了解强相互作用的量子系统，就像我们的石墨烯实验中的电流一样，是凝聚态物理的核心课题。” “特别是，电子的集体行为类似于具有摩擦的流体的集体行为，可能为解释高温超导体的某些令人困惑的特性提供关键认知。”

了解材料内部的电流并非易事。毕竟，一根带电的电线看上去与一根空电线完全一样。但是，载流电线与不携带电力的电线之间存在看不见的区别：移动的电荷始终会产生磁场。如果想查看电流的精细细节，则需要相应地仔细观察磁场，这是一个挑战。

钻石的粗野

Ku说：“钻石实际上是以最无聊的方式排列的碳分子，”但是碳分子的有序排列并不总是那么无聊和完美。

瑕疵可在钻石中形成它们的家，并通过周围有序的结构使其稳定。研究团队专注于称为氮空位的缺陷，该缺陷将相邻的两个碳原子换成氮原子和空位。如图所示显微镜设置，用于通过磁场成像和金刚石中的氮空位来捕获石墨烯中的电流的二维快照。在图像中可见激发的氮空位的绿光。

研究人员说：“氮的空位就像冻结在晶格中的原子或离子一样。” “钻石除了方便地固定在原地之外没有太大作用。钻石中的氮空位很像自由空间中的原子，具有量子力学性质，例如能级和自旋，它吸收并发射像单个光子一样发光。”

氮空位吸收绿光，然后以较低能量的红光发出。发出的红光强度取决于氮空位如何保持能量，该能量对周围的磁场敏感。

因此，如果研究人员将氮空位放在磁场附近，并在钻石上发出绿光，他们就可以通过分析产生的光来确定磁场。由于电流与磁场之间的关系已被很好地理解，因此它们收集的信息有助于绘制电流的详细图像。

为了了解石墨烯中的电流，研究人员以两种方式使用了氮空位。

第一种方法提供最详细的视图。研究人员在一个导电通道上直接运行一个包含单个氮空位的微小钻石。该过程沿电流的细线测量磁场，并揭示电流在大约50纳米的距离上的变化（他们研究的石墨烯通道的宽度大约为1,000至1,500纳米）。但是该方法很耗时，并且使测量保持一致以形成完整的图像具有挑战性。

他们的第二种方法可以生成特定时刻的电流的完整二维快照，如上图所示。石墨烯完全搁置在含有许多氮空位的金刚石板上。这种互补方法会产生模糊的图像，但允许他们立即查看整个电流。

不是你想象的普通电流

研究人员使用这些工具来研究物理条件特别丰富的情况下石墨烯中的电流流动。在适当的条件下，石墨烯的电流不仅可以由电子产生，还可以由等量的带正电荷的表亲，通常称为空穴，因为它们代表缺失的电子所产生。在石墨烯中，两种电荷强烈地相互作用并形成所谓的狄拉克流体。研究人员认为，了解相互作用对狄拉克流体行为的影响，可能揭示出其他具有强相互作用的材料的秘密，例如高温超导体。特别是，研究团队想确定狄拉克流体中的电流是更像水和蜂蜜一样流动、还是更像铜中的电流那样流动。

在流体中，各个粒子相互作用很多，相互推动和拉动。这些相互作用是造成漩涡涡旋的原因，也是对在流体中流动的物体产生阻力的原因。具有这种相互作用的流体称为粘性流体。像蜂蜜或糖浆这样的粘稠液体会比粘稠的水粘稠得多。

文章来源：《自然科学史研究》网址: http://www.zrkxzzs.cn/zonghexinwen/2020/0726/435.html

上一篇：入选《自然》的中国古代女科学家，在中国却没
下一篇：天才曹原，两登《自然》震动科学界，拒绝美国