石墨烯是一种不可思议的材料，它只有一个原子的厚度，但强度却是钢的200倍，且柔韧性极强。一贯以来，这种由碳原子晶格构成的材料以其精良的导热和导电性能有名遐迩。不仅如此，科学家还创造，当条件适当时，石墨烯还是一种精良的超导材料。
2018年，麻省理工学院的Pablo Jarillo-Herrero、曹原等物理学家在研究双层石墨烯时，创造如果将个中一层石墨烯层相对付另一层旋转到1.1°，再将石墨烯冷却到靠近绝对零度的温度，石墨烯的电阻就会溘然降至为零，变成超导体。
这一创造让物理学界愉快不已，由于这样的征象在单层石墨烯中是完备没有的，也没有理论对这样的情形进行过预测。为了填补理论上的缺失落，Jarillo-Herrero、曹原等首创了“旋转电子学”，他们试图通过实验，与理论学家一起揭开隐蔽在神奇“魔角”背后的谜团。
由双层石墨烯的“魔角”带来的超导性，引发物理学家对旋转材料的极大兴趣。在今年的2月1日和3月12日，两篇分别揭橥在《自然》和《科学》杂志上的论文，描述了在双层石墨烯的根本上增加第三层石墨烯的研究。
自魔角被创造以来，在过去的三年里，这种旋转是如何使得电子能完美地穿越石墨烯层的问题一贯在困扰着物理学家。其实在2018年创造魔角不久后，就有理论家开始磋商双层石墨烯的超导机制。他们提出，或许是一种分外的几何特色，让电子能以一种全新的办法移动。
这种机制不同于任何已知的超导机制，在这种理论模型中，研究职员提出将石墨烯的六边形晶格视为两个三角形子晶格。当电子从一个原子移动到另一个原子时，它们常日会“切换”晶格，跳到另一个晶格的原子上。电子在移动过程中所做的这种切换，将六边形的石墨烯晶格分割成了两个三角形晶格。在双层石墨烯中，受到这种约束的电子可被视为是在磁场的影响下一样移动。详细说来，一个子晶格上的电子能感应到一个正磁场，而另一个子晶格上的电子则感应到的是一个负磁场。
石墨烯晶格：石墨烯中的碳原子会形成扁平的六边形晶格。为了仿照电子的运动，研究职员提出可以将其分成两套三角形晶格。
利用这种理论，理论学家可以推导出双层石墨烯的魔角为1.1°。不仅如此，虽然这一理论原来是为双层石墨烯设计的，但在后续研究中，物理学家创造它在新构造上的运用效果也远远好于预期——它不仅能阐明双层石墨烯的超导，还能用预测三层石墨烯也将具有超导性。利用这一模型，物理学家可以用大略的比例打算出当堆叠的石墨烯层数增加时的魔角数值。
然而，只管如此，这一模型在很大程度上仍旧只是一个理论，直到现在，物理学家对其进行了更进一步的实验测试。
根据预测，在三层石墨烯中，1.5°将会是唤醒超导性能的魔角。在知道了这一点后，Jarillo-Herrero所领导的团队，以及哈佛大学的Philip Kim的研究团队，开始各自动手制备三层石墨烯，且两个实验室都得到了与理论预测同等的实验结果。
近日，《科学》杂志上刊登了Kim领导的团队所进行的研究，论文描述了他们通过让顶层和底层的石墨烯大致坚持平行，让中间层的石墨烯相对付底层旋转约1.56°的角度后，创造了三层石墨烯的超导性。
与双层石墨烯比较，旋转三层石墨烯构造所引发的超导性更加牢固，超导温度也更高。而且，研究职员还可以利用外部电场来掌握石墨烯层之间的电子，从而调节三层石墨烯的超导水平。
利用这种前所未有的可调性，研究职员证明了三层石墨烯通过了所有超导性测试。研究职员认为，与传统超导不同的是，三层石墨烯的超导性是由电子之间的强相互浸染造成的。在大多数的常规超导体中，电子以高速运动，它们偶尔相互交错进而相互影响。在这种情形下，它们的相互浸染效果很弱。这种弱相互浸染下的超导性能很薄弱，当温度从靠近零度的水平轻微上升几开尔文时，超导性能就会损失。但强相互浸染的超导体的稳定性则要大得多，只是人们对其详细性子知之甚少。
现如今的大多数超导体，包括双层石墨烯体系在内，都只能在超低温环境下运作。可以说，这一结果使研究职员不雅观察到了超导的新维度，为科学家创造驱动了超导的新机制供应了主要线索。研究职员认为，在这种可调的三层石墨烯构造中实现的超导，或将为超导理论和技能的改造铺平道路。
接下来，物理学家们操持进一步探索这种不同平凡的超导性的实质，希望能够为实现高温超导——乃至室温超导这一终极目标开辟新的道路。
#创作团队：
文：二宗主
#参考来源：
https://news.harvard.edu/gazette/story/2021/02/harvard-scientist-create-trilayer-graphene-superconductor/?utm_medium=Feed&utm_source=Syndication
https://www.quantamagazine.org/graphenes-new-twist-reveals-superconductivitys-secrets-20210316/
https://science.sciencemag.org/content/371/6534/1133#aff-1
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03192-0
#图片来源：
封面图：Polina Shmatkova & Margarita Davydova
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