石墨烯是單層碳原子，具有許多特殊的導(dǎo)電性能和機(jī)械性能。兩年前，中科大少年班天才少年曹原等人展示了如何將兩張彼此疊置并以直角扭曲的薄片變成超導(dǎo)材料，從而使材料失去其電阻率，當(dāng)時(shí)《Nature》雜志來(lái)不及排版就連發(fā)兩篇關(guān)于轉(zhuǎn)角石墨烯的重大成果，并配以評(píng)述（石墨烯超導(dǎo)重大發(fā)現(xiàn)！中科大少年班校友Nature連發(fā)兩文）。

目前該領(lǐng)域仍有許多未解之謎，很多的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)沒(méi)有公認(rèn)的理論解釋。日前，來(lái)自芬蘭阿爾托大學(xué)和于韋斯屈萊大學(xué)的一項(xiàng)新工作解釋了為什么這種超導(dǎo)電性會(huì)在驚人的高溫下發(fā)生，這標(biāo)志著理論物理學(xué)家在高溫超導(dǎo)體的發(fā)展中邁出了重要一步。2月24日，相關(guān)研究結(jié)果以“編輯推薦”的形式發(fā)表在《Phys. Rev. B》上。

論文鏈接：

https://journals./prb/abstract/10.1103/PhysRevB.101.060505

研究表明，由于石墨烯中電子微妙的量子力學(xué)效應(yīng)，從而可以在比預(yù)期高得多的溫度下成為超導(dǎo)體。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)被美國(guó)物理學(xué)會(huì)雜志《Physics》強(qiáng)烈推薦，并有望激發(fā)物理學(xué)界的熱烈討論。作者研究了具有局部和非局部引力作用的扭曲雙層石墨烯的超導(dǎo)性，為微觀緊密結(jié)合和低能量連續(xù)譜模型獲得了超流體重量和Berezinskii Kosterlitz Thouless（BKT）轉(zhuǎn)變溫度。定性地預(yù)測(cè)了局部和非局部?jī)煞N方案之間的差異，并且可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)加以區(qū)分。在對(duì)電位超過(guò)帶寬的平帶極限中，研究表明，超流體重量和BKT溫度由多帶過(guò)程和帶的量子幾何確定。

本文的主要作者之一，阿爾托大學(xué)的Aleksi Julku表示：“在我小組的幾個(gè)模型系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)并研究了波函數(shù)對(duì)超導(dǎo)性的幾何影響，這個(gè)項(xiàng)目中，看到這些研究如何與真實(shí)材料聯(lián)系起來(lái)令人興奮。”于韋斯屈萊大學(xué)的Teemu Peltonen解釋說(shuō)：“除了顯示波函數(shù)的幾何效應(yīng)的相關(guān)性，我們的理論還預(yù)測(cè)了實(shí)驗(yàn)者可以檢查的許多觀察結(jié)果?！?/span>

魔角雙層石墨烯中超導(dǎo)態(tài)的發(fā)現(xiàn)被《物理學(xué)世界》雜志選為2018年度物理突破榜首，這一發(fā)現(xiàn)激起了世界范圍內(nèi)研究轉(zhuǎn)角石墨烯系統(tǒng)的熱潮，而且（魔角雙層石墨烯入選2018年物理學(xué)十大突破！）。盡管這種超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)生的溫度僅比絕對(duì)零度高了幾度，但揭示它的機(jī)理可以幫助理解高溫超導(dǎo)體，并有望讓我們能夠制備出接近室溫工作的超導(dǎo)體。這樣的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是物理學(xué)的“圣杯”，因?yàn)樗梢允褂?jì)算機(jī)能耗大大降低。（文：董瑞）