2018年3月5日，《自然》連刊兩文報(bào)道石墨烯超導(dǎo)重大發(fā)現(xiàn)。年僅21歲麻省理工學(xué)院博士生曹原發(fā)現(xiàn)了石墨烯的“魔角”。當(dāng)溫度冷卻到絕對(duì)零度（-273°C）以上1.7°C時(shí)，當(dāng)兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度，就會(huì)產(chǎn)生神奇的超導(dǎo)效應(yīng)。而前人的研究集中在氧化銅材料的超導(dǎo)電性，這往往需要在高溫下才得以顯現(xiàn)。該文章僅僅通過簡單的雙層石墨烯碳材料，提供了一個(gè)復(fù)雜超導(dǎo)物理的探索平臺(tái)。

今天，研究人員已經(jīng)在更容易獲得的三層石墨烯片中發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)電性的跡象，有望借助三層石墨烯，更快幫助研究人員了解銅氧化物中的超導(dǎo)性。

“這絕對(duì)是一個(gè)令人興奮的發(fā)展，”哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)家Cory Dean說。Cory Dean指出，雙層石墨烯只有在兩個(gè)石墨烯層的原子晶格相對(duì)于彼此扭轉(zhuǎn)了1.1°的“魔角”時(shí)才具有超導(dǎo) -在已知的最薄材料上進(jìn)行這項(xiàng)操作是非常困難的。“如果稍有偏離就行不通，” Cory Dean說。相反，三層石墨烯不必扭曲，每層的原子晶格與上面和下面的那些對(duì)齊，這在產(chǎn)生多層石墨烯時(shí)自然而然的形成這樣的結(jié)構(gòu)。

斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家David Goldhaber-Gordon和加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家Feng Wang及其同事采用了現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的方法來分離石墨烯薄片。首先，將一塊透明膠帶粘在一大塊石墨上 - 大多數(shù)鉛筆中的成分- 然后對(duì)此進(jìn)行剝離。通過撕膠帶的方法（機(jī)械剝離法）。Feng Wang團(tuán)隊(duì)之前開創(chuàng)了一種技術(shù)，發(fā)現(xiàn)三層石墨烯中獨(dú)特的光學(xué)特征。

然后，該團(tuán)隊(duì)將這些三層薄片作為制造電氣設(shè)備的起始材料。它們將三層薄片夾在氮化硼層之間，使石墨烯與污染物隔離并防止其發(fā)生彎曲。在一些地方，氮化硼層中的原子與石墨烯層中的碳原子精確對(duì)齊，但是在幾納米之外它們是偏移的。在大約10納米之后，層中的原子再次對(duì)齊，產(chǎn)生“莫爾”重復(fù)圖案，其在扭曲的雙層石墨烯中也是明顯的。每個(gè)重復(fù)的莫爾晶胞除了材料本身的電子外，還可以容納多達(dá)四個(gè)額外的電子，從而改變材料的導(dǎo)電性。

接下來，研究人員在薄片頂部構(gòu)筑金屬圖案，用“柵極”構(gòu)建晶體管，控制在材料中添加電子。通過操縱柵極上的電場，研究人員能夠精確控制每個(gè)重復(fù)莫爾晶胞中存在電子數(shù)量。當(dāng)他們向每個(gè)晶胞添加三個(gè)電子并將溫度降至低于2K時(shí)，他們注意到電阻急劇下降，這是超導(dǎo)性的一個(gè)標(biāo)志 ，他們今天發(fā)表在《Nature》。他們還注意到，當(dāng)他們對(duì)樣品外部施加磁場時(shí)，接近零的電阻消失了，這是超導(dǎo)的另一個(gè)跡象?！八羞@些事情都會(huì)檢查[超導(dǎo)性]的方框，”Goldhaber-Gordon說。但他補(bǔ)充說，這些信號(hào)還不確定，目前仍然存在兩個(gè)問題：首先，電阻沒有完全降至零，這可能是由于石墨烯薄片中的雜質(zhì)導(dǎo)致的；其次，它可能無法實(shí)現(xiàn)大面積超導(dǎo)。

盡管如此，Goldhaber-Gordon指出，三個(gè)額外電子的表觀超導(dǎo)性與傳統(tǒng)的高溫超導(dǎo)體（1986年發(fā)現(xiàn)的銅基材料）相似。對(duì)于Dean來說，這提高了三層石墨烯作為超導(dǎo)材料的希望。一個(gè)很好的模型系統(tǒng)，用于解決這個(gè)長期存在的謎團(tuán)。他說，三層石墨烯提供了是一個(gè)清晰的研究系統(tǒng)，它提供了一種探索復(fù)雜物理學(xué)研究的簡單方法?！?/p>

參考資料：

https://www./articles/s41586-019-1393-y

https://www./news/2019/07/trilayer-graphene-shows-signs-superconductivity