“魔角”石墨烯中发现非常规超导关键证据
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据最新一期《科学》杂志报道，美国麻省理工学院物理学家在“魔角”扭转三层石墨烯（MATTG）中首次直接观测到非常规超导性的关键证据，为实现室温超导这一目标起到了重要推动作用。
研究人员利用一种新型平台测量魔角石墨烯的超导能隙。该方法涉及在魔角三层石墨烯（图中黄色部分）之间“隧穿”电子，同时测量材料的超导状态。实验首次清晰地证明了魔角三层石墨烯是一种非常规超导体。图片来源：美国麻省理工学院
室温超导在接近室温条件下仍能工作。如能实现，那么零能耗输电电缆、高效电网乃至实用量子计算系统等新技术将成为现实。科学家正致力于研究非常规超导体，这类材料的电子配对方式与传统理论不同，可能在更高温度下保持超导特性，魔角石墨烯便是其中代表。
2018年，麻省理工学院团队首次在实验中制备出魔角双层石墨烯，发现其展现出非凡的量子特性，由此催生了“扭角电子学”这一全新研究领域。MATTG由三层原子薄的石墨烯堆叠而成，并以特定的魔角扭转，从而展现出一系列奇异的量子特性。此前研究曾发现MATTG表现出一些异常电子行为，但缺乏直接证据证明其为非常规超导体。
团队此次利用新开发的实验平台，将电子隧穿测量与电输运测试结合，在同一器件中同时观测超导能隙与零电阻特征。实验在接近绝对零度的条件下进行，结果显示，只有当材料呈现零电阻，即进入超导状态时，才会出现明显的“超导隧穿能隙”。
进一步的温度与磁场测试显示，该能隙具有独特的“V”形曲线，而常规超导体通常呈现平滑、对称的形态。这种差异表明，MATTG中的电子配对方式与传统超导体完全不同，这意味着其超导机制必然不同于传统类型。研究人员认为，这种电子紧密结合的特征，可能源于强电子相互作用，而非传统的晶格振动机制，这对于未来实现室温超导至关重要。
新平台能实时观测二维材料中超导能隙的形成与演化，为研究不同体系中的电子配对机制提供了新的实验手段。下一步，团队将利用该平台探索更多二维扭转结构和材料，有望揭示电子配对与量子态竞争的本质，为设计新型高效超导体和量子计算材料提供思路。
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