多层魔角石墨烯形成坚固的超导性

根据最近发表在《自然材料》杂志上的一项研究，美国麻省理工学院的科学家在多层魔角石墨烯家族中发现了鲁棒的超导性。他们报道了超导魔角偏转四层和五层石墨烯的实验，建立了交替偏转魔角多层石墨烯作为可靠的“莫尔超导体家族”。这是已知的第一个多层魔角超导体家族。每个家族成员都由多层石墨烯组成，以精确的角度偏转堆叠。这一新发现表明，石墨烯家族中的平带在超导性中起着核心作用。

这一发现为设计实用的室温超导体提供了蓝图。如果这一族的这种特性可以复制到其他天然导电材料上，那么它们就可以被用来，比如零损耗输电，或者建造磁悬浮列车。

2018年，麻省理工学院的研究人员发现，如果将两层石墨烯以特定的“神奇”角度堆叠，这种偏转的双层结构可能会表现出很强的超导性。在这种状态下，电流可以零电阻流动。最近，这个团队再次发现，类似的超导状态存在于一个精确的新魔角堆叠的三层偏转石墨烯结构中。

该研究团队还首次发现了魔角石墨烯。魔角石墨烯由两层石墨烯片堆叠而成，两层以1.1的精确角度轻微偏转。这种被称为“莫尔超晶格”的偏转结构在超低温下将材料转变为坚固耐用的超导体。

研究人员还发现，这种材料表现出一种被称为“平带”的电子结构，在这种结构中，材料的电子无论其动量如何，都具有相同的能量。在这种平带状态下，并且在超低温下，电子群减速到足以配对成所谓的库珀对3354超导的基本成分，并且可以无阻力地流过材料。

哈佛大学的一个团队获得的计算结果证实，这三层石墨烯在1.6偏转时也会出现平带，从而表明它们可能是超导体。

研究表明，如果以预测的角度堆叠和偏转，表现出超导性的石墨烯层的数量应该是没有限制的。最后，研究人员证明了他们可以在数学上将每个多层结构与一个共同的平带结构联系起来，从而有力地证明了平带可能导致强超导性。