新的研究表明，以特定角度扭曲的三层石墨烯薄片可以证明在强磁场中仍然具有超导性。这项研究发表在杂志上自然。
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超导体 - 能够导电而不抵抗的物质 - 准备形成未来技术和电子进步的基础，特别是在量子计算中。
虽然传统的导体逐渐失去阻力，因为它们变冷 - 允许更多的电子对流动 - 超导体具有“临界温度”，其在这种情况下完全丢失，允许自由流动。
事实上，能够成为超导体只能在非常低的温亚博网站下载度下这样做的大部分材料已取得近于室温超导体的材料科学领域的“圣杯”。亚博老虎机网登录
在房间温度超导行为附近是在石墨烯 - 六边形布置中的单层碳原子层中可以看到的东西。当这些原子薄的石墨烯片是双堆叠的时候，并且施加小捻度时，它们开始充当超导体 - 即使在接近室温下也是如此。
高温并不是“关闭”材料超导性的唯一原因。暴露在高磁场中也可以使超导体进入常规导电状态。这对磁共振成像(MRI)设备的开发提出了挑战，这种设备既依赖超导性又依赖强磁场。
超导性与石墨烯关系的扭曲
Physicists from the Massachusetts Institute of Technology have found that not only is bilayer graphene a superconductor with a higher critical temperature, adding a third layer and applying a very specific angle — 54.7356° also known as the ‘magic angle’ — seems to allow superconductivity to be retained even in strong magnetic fields¹.
该小组由巴勃罗Jarillo - 赫雷罗，麻省理工学院物理学教授的带领下，发现，当石墨烯的三层以这种方式扭曲它似乎在磁场超导表现出与磁通密度高达10特斯拉。这是更大的三倍，如果它是一个标准的超导体材料能耐受。
研究人员认为，他们看到的是一种罕见的超导形式，称为自旋三重态超导。
“这个实验的价值在于，它让我们了解了基本的超导性，了解了材料的性能，”亚博网站下载Jarillo-Herrero说。“所以随着这些经验教训，我们可以尝试为其他材料设计原则，这更容易制造，这可能会给你更好的超导。”亚博网站下载
是什么让指挥'超级'？
超导体工作原理的最引人注目的演示之一是，在超导体材料的顶部放置一个普通磁铁，然后用液氮冷却。在这个实验中，磁铁“悬浮”在超导体上方。普通导体通过电磁感应在经过它的磁体中产生电流，超导体通过诱导表面电流将磁场“推”出去。超导体不是让磁场通过它——通过磁通量来测量——而是充当一个极性相反的假磁体，排斥“真正的”磁体——这种现象被称为迈斯纳效应。
关键要理解在极低的温度下电子在材料的行为解释超导谎言。亚博网站下载热能随机振动在材料中的原子，以及温度越高，更快的原子振动。
在高温下，具有相同负电荷的电子相互排斥，成为自由粒子。yabo214然而，在固体和液体中，电子之间仍然有微小的吸引力，在低温下，电子聚集在一起，形成所谓的库珀对。
在Cooper对 - 以20世纪50年代中期首次描述这种配对现象的美国物理学家莱昂库珀中命名 - 电子旋转相反。这是一个量子的机械量，其描述了在暴露于磁场时粒子的行为。一个电子拥有旋转“向上”，另一个电子旋转'下来。这种状态被描述为旋转单线。
库珀对穿越超导体畅通无阻，直到它们被暴露于强磁场。电子被然后以相反方向拉动时，除了翻录库珀配对。
因此，磁场破坏了超导性。这至少是自旋单线态超导体的情况。对于奇异超导体，如自旋三重态超导体，情况可能大不相同。
更多“超级”超导体
在一些异种超导体中，电子配对相同的旋转而不是相反的旋转 - 或所谓的旋转三重胶质对。
自旋描述了粒子在磁场中的行为。自yabo214旋相反的粒子向相反的方向运动。然而，如果这些电子具有相同的自旋，Cooper配对就不会被破坏。这样，即使在极强的磁场中，超导性也得以保存。
What Jarillo-Herrero and his team — already known for their pioneering work with the electronic properties of twisted graphene — wanted to discover was whether magic-angle trilayer graphene may display signs of spin-triplet superconductivity.
研究人员以前观察到魔角双层石墨烯的这种现象的迹象，但它们的新研究表明，当添加额外的层时，效果要强大，具有在较高温度下保持的超导性。
令人惊讶的是，三层石墨烯在强磁场中保持了超导电性，而在双层石墨烯中，这种超导电性可能会被抹去。为了测试这一点，研究人员将魔角三层石墨烯置于强度不断增强的磁场中。他们发现，在特定强度下，超导性消失了，但石墨烯在高场强下恢复了超导性。
这种行为是没有看到在传统的自旋单超导体。
重新引入的超导率持续到魔法角三层石墨烯上，达到10个特斯拉的磁通量，但这是团队磁铁可以实现的最大通量。这意味着这种复活的超导性实际上可能持续存在甚至更强的领域。
团队达成的结论;魔法角三层石墨烯不是研磨的超导体。
“在自旋单线态超导体中，如果你杀死了超导性，它就再也不会回来了——永远消失了。”麻省理工学院博士后研究员曹原说。“在这里，再一次出现了。所以，这绝对说这种材料是不自旋单“。
问题是:这种材料的自旋态到底是什么?这是该小组现在将试图进一步调查的事情。即使这个问题还没有得到解答，我们仍然可以预测到从增强的磁场电阻中受益的各种应用。
魔术角三层石墨烯超导体的应用
这种类型的超导体可以抵抗高磁场的事实使得在一系列应用中非常有用的;特别是，磁共振成像（MRI），其使用在强烈磁场图像生物组织超导导线。
目前功能良好的MRI设备只能抵抗不超过3特斯拉的磁通量，所以如果魔法角石墨烯三层确实显示自旋三态的超导性，它可以用于这些机器，以提高磁通量的阻力。最终的结果应该是磁共振成像，它可以产生更清晰、更深入的人体组织图像。
魔法角三层石墨烯可以用于量子计算机，提供更耐超导和更强大的机器。
“普通量子计算是超级脆弱。你看它和，噗，消失，”Jarillo-Herrero说。“大约20年前，理论家提出了拓扑型超导的是，如果能够实现在任何的材料，可以使量子计算机在那里负责计算状态是非常强大的。”
这导致一个量子计算机与计算远远超过现有的任何权力。然而，球队还不知道他们是否在魔角三层石墨烯已经找到了异国情调的超导是促进这种计算升压正确的类型。
“实现这将是一定类型的旋转三态超导体的关键成分。我们不知道我们的类型是否为此类型，“Jarillo-Herrero总结道。“但即使不是这样，这也使得将三层石墨烯与其他材料一起设计那种超导性变得更容易。亚博网站下载
“这可能是一个重大突破。但现在还为时过早。”
参考资料及进一步阅读
¹Jarillo-Herrero。P,曹。Y,公园。j . M。等等，[2021]泡利限制违反和莫尔石墨烯重入超导性。自然。https://doi.org/10.1038/s41586-021-03685-y
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