圖中兩片石墨烯以略微偏移的“魔角”堆疊在一起，既可以成為絕緣體，也可以成為超導體。圖片來源：美國麻省理工學院
美國麻省理工學院和哈佛大學的物理學家首次在“魔角”石墨烯中直接測量了超流剛度。超流剛度是衡量材料超導性的一個關鍵指標。這是科學家首次在二維材料中直接測得超流剛度，意味著人們朝著理解這種材料的非凡特性邁出了一大步。相關研究結果5日發(fā)表在《自然》雜志上。
在超導材料中，電子對（庫珀對）在材料內部移動時所遇到的阻力大小取決于多種條件，包括在材料中移動的電子對的密度。2018年，麻省理工學院物理學家巴勃羅·賈里洛-埃雷羅發(fā)現(xiàn)，“魔角”石墨烯具有超導電性，電子以庫珀對形式形成超流體，可輕松無摩擦地在材料中移動。但是，他們不清楚該材料是如何實現(xiàn)超導的。
測量“魔角”扭轉雙層石墨烯（MATBG）超流剛度，主要難題在于如何將這種非常脆弱的材料完美地貼合到微波諧振器的表面。
此次，賈里洛-埃雷羅團隊開發(fā)了一種新方法。他們首先使用傳統(tǒng)方法組裝MATBG，并將其夾在兩層絕緣的六方氮化硼之間，以保持其原子結構和特性不受損害。接著，他們利用特殊技術將MATBG的一端銳化，就像用鋒利的刀切割一樣，暴露出新鮮的MATBG表面。然后，在這個表面上沉積鋁，這是他們在超導量子計算研究中常用的材料，以形成良好的超導接觸并形成鋁引線。
團隊將這個帶有MATBG的鋁引線連接到更大的鋁制微波諧振器上。他們通過諧振器發(fā)送微波信號，并觀察由此產(chǎn)生的諧振頻率偏移。這個偏移量可幫助他們推斷出MATBG的動電感，這是與超流剛度直接相關的參數(shù)。
當團隊將測得的電感值轉換為超流剛度的數(shù)值時，他們驚訝地發(fā)現(xiàn)這個值遠大于傳統(tǒng)超導理論所預測的值，數(shù)值提高了10倍。測量結果表明，“魔角”石墨烯的超導性主要受量子幾何的影響，即電子量子態(tài)之間的特殊相互關聯(lián)方式。（記者張佳欣）
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