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扭转的三层石墨烯（艺术渲染图）。
2018年，物理学界曾因一项重大发现而沸腾：当两层石墨烯被堆叠、扭转至“魔法角度”时，新形成的双层结构会转化为超导体。《科学》杂志当地时间2月4日发文称，美国哈佛大学的科学家对双层石墨烯超导系统进行扩展，获得了具有超导性质的扭转三层石墨烯结构。该成果有助于开发能在相对高温（甚至室温下）工作的超导体。
超导体被视作凝聚态物理学的圣杯，因为它能够在电力传输和量子计算等诸多领域引领技术革命。目前，包括双层石墨烯在内的大多数超导体，都只能在超低温条件下工作。哈佛大学Philip Kim实验室博士后研究员Andrew Zimmerman说：“扭转石墨烯层的超导实验是一种理论可控的模型系统。物理学家们可借此破解高温超导技术的奥秘。”
石墨烯是单层碳原子材料，其强度是钢的200倍，但却极具柔韧性，甚至比纸更轻。石墨烯是热和电流的良导体，但处理难度极高。麻省理工学院物理学家Pablo Jarillo-Herrero领导的团队在2018年开创了“扭转电子学”领域。他们通过将石墨烯扭曲到“魔法角度”制造出了超导体。自此，科学家从未停止对扭转双层石墨烯的研究。
Zimmerman等人将三层石墨烯堆叠，将它们扭转至“魔法角度”后，发现新得到的三层结构不仅具有超导性，还比双层堆叠石墨烯更稳定，超导温度也更高。改进后的三层系统还对外加电场非常敏感，研究人员可通过调整电场强度来改变超导水平。Kim实验室博士生Zeyu Hao说：“新系统让我们对超导体的观测进入了新维度。它为我们提供了有关超导机制的重要线索。”其中一个机制让研究人员非常兴奋——三层体系的超导性源于强电子相互作用，而非弱电子相互作用。如果机制属实，不仅能为高温超导研究奠定基础，还可能促进量子计算研究。
“在大部分传统超导体中，电子以高速运动，只会偶尔产生路径交叉并相互影响。在这种情况下，我们称它们产生了弱相互作用。”哈佛大学Ashvin Vishwanath实验室博士后研究员Eslam Khalaf说，“基于弱相互作用的超导体非常脆弱，而强耦合超导体则要强大得多。在扭转三层结构这样简单可调的系统中实现强耦合超导，有望为强耦合超导体理论的构建铺平道路，从而实现高温/室温超导目标。”
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《科学》
期刊编号：0036-8075
原文链接：
https://phys.org/news/2021-02-scientists-trilayer-graphene-robust-superconductivity.html
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