麻省理工学院朱棣文教授 信用:CC0公共领域 当两片石墨烯以直角堆叠在一起时，这种层状结构会变形为一种非常规的超导体，允许电流在没有电阻或浪费能量的情况下通过
2018年，麻省理工学院的塞西尔和艾达·格林物理学教授巴勃罗·贾里洛-赫雷罗小组首次观察到双层石墨烯中的这种“魔角”转变
从那以后，科学家们在新兴的“扭曲学”领域中寻找其他可以类似地扭曲成超导性的材料
“到目前为止，除了最初的扭曲双层石墨烯之外，绝大多数扭曲材料都没有表现出超导性
在《自然》杂志发表的一篇论文中，贾里洛-赫雷罗和他的团队报告了在三层石墨烯夹层中观察到的超导性，其中的中间层相对于外层以一个新的角度扭曲
这种新的三层结构显示出超导性，比它的双层结构更坚固
研究人员还可以通过施加和改变外部电场的强度来调整结构的超导性
通过调整三层结构，研究人员能够产生超强耦合超导性，这是一种奇特的电学行为，在任何其他材料中都很少见到
“尚不清楚魔角双层石墨烯是否是一种特殊的东西，但现在我们知道它并不孤单；它有一个表亲在三层的情况下，”贾里洛-赫雷罗说
“这种超不可压缩超导体的发现将扭转场扩展到了全新的方向，在量子信息和传感技术中有着潜在的应用
" 他的合著者是麻省理工学院的首席作者朴正民和曹苑，以及日本国家材料科学研究所的渡边健二和谷口高史
一个新的超级家庭 贾里洛-赫雷罗和他的同事发现扭曲的双层石墨烯可以产生超导性后不久，理论家们提出在三层或更多层石墨烯中也可以看到同样的现象
一片石墨烯是一层原子一样薄的石墨，完全由排列成蜂窝状网格的碳原子组成，就像最薄、最坚固的铁丝网
理论家提出，如果三片石墨烯像三明治一样堆叠，中间层旋转1
相对于外层56度，扭曲的结构会产生一种对称性，促使材料中的电子配对并无阻力地流动——这是超导性的标志
“我们想，为什么不呢，让我们试一试，测试一下这个想法，”贾里罗-赫雷罗说
Park和Cao设计了三层石墨烯结构，将一片薄纱状的石墨烯小心地切成三段，然后按照理论家预测的精确角度将每一段堆叠在另一段之上
他们制作了几个三层结构，每个直径几微米(大约是人类头发直径的1/100)，三个原子高
“我们的结构是一个纳米机器人，”贾里罗-赫雷罗说
研究小组随后将电极连接到结构的两端，让电流通过，同时测量材料中损失或耗散的能量
“我们没有看到能量耗散，这意味着它是一个超导体，”贾里罗-赫雷罗说
“我们必须相信理论家——他们的角度是正确的
" 他补充说，这种结构超导性的确切原因——是否像理论家提出的那样是因为它的对称性——仍有待观察，这也是研究人员计划在未来实验中测试的东西
“目前我们有一个相关性，而不是因果关系，”他说
“现在，至少我们有可能探索出一大类基于这种对称思想的新超导体
" 《最大的爆炸》 在探索新的三层结构时，研究小组发现他们可以通过两种方式控制超导性
利用他们以前的双层设计，研究人员可以通过施加外部栅极电压来改变流经材料的电子数量，从而调整其超导性
当他们上下拨动栅极电压时，他们测量了材料停止耗散能量并变成超导的临界温度
通过这种方式，研究小组能够像晶体管一样调节双层石墨烯的超导性
该团队使用同样的方法来调整三层石墨烯
他们还发现了控制材料超导性的第二种方法，这在双层石墨烯和其他扭曲结构中是不可能的
通过使用额外的电极，研究人员可以施加电场来改变结构三层之间的电子分布，而不改变结构的整体电子密度
“这两个独立的旋钮现在给了我们许多关于超导性出现的条件的信息，这可以提供对形成这种不寻常的超导状态至关重要的关键物理的见解，”帕克说
使用这两种方法来调整三层结构，研究小组观察到了一系列条件下的超导性，包括相对较高的临界温度3千伏，即使材料的电子密度很低
相比之下，作为量子计算的超导体，铝的电子密度要高得多，只有在1开尔文左右才具有超导性
“我们发现魔角三层石墨烯可以是最强的耦合超导体，这意味着它可以在相对较高的温度下超导，因为它可以拥有的电子很少，”贾里罗-赫雷罗说
“它让你物超所值
" 研究人员计划制造三层以上的扭曲石墨烯结构，看看这种电子密度更高的结构是否能在更高的温度下，甚至接近室温时表现出超导性
“如果我们能像现在这样在工业规模上制造这些结构，我们就能制造用于量子计算的超导比特，或者低温超导电子器件、光电探测器等
我们还没有想出如何一次生产数十亿个这样的产品，”贾里罗-赫雷罗说
“我们的主要目标是找出强耦合超导性的基本本质，”帕克说
“三层石墨烯不仅是迄今为止发现的耦合最强的超导体，也是最可调的
有了这种可调性，我们可以真正探索超导性，在相空间的任何地方
"
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