石墨烯是單層碳原子，具有許多特殊的導電性能和機械性能。兩年前，中科大少年班天才少年曹原等人展示了如何將兩張彼此疊置并以直角扭曲的薄片變成超導材料，從而使材料失去其電阻率，當時《Nature》雜志來不及排版就連發(fā)兩篇關于轉角石墨烯的重大成果，并配以評述（石墨烯超導重大發(fā)現(xiàn)！中科大少年班校友Nature連發(fā)兩文）。

目前該領域仍有許多未解之謎，很多的實驗觀測沒有公認的理論解釋。日前，來自芬蘭阿爾托大學和于韋斯屈萊大學的一項新工作解釋了為什么這種超導電性會在驚人的高溫下發(fā)生，這標志著理論物理學家在高溫超導體的發(fā)展中邁出了重要一步。2月24日，相關研究結果以“編輯推薦”的形式發(fā)表在《Phys. Rev. B》上。

論文鏈接：

https://journals./prb/abstract/10.1103/PhysRevB.101.060505

研究表明，由于石墨烯中電子微妙的量子力學效應，從而可以在比預期高得多的溫度下成為超導體。這項發(fā)現(xiàn)被美國物理學會雜志《Physics》強烈推薦，并有望激發(fā)物理學界的熱烈討論。作者研究了具有局部和非局部引力作用的扭曲雙層石墨烯的超導性，為微觀緊密結合和低能量連續(xù)譜模型獲得了超流體重量和Berezinskii Kosterlitz Thouless（BKT）轉變溫度。定性地預測了局部和非局部兩種方案之間的差異，并且可以通過實驗加以區(qū)分。在對電位超過帶寬的平帶極限中，研究表明，超流體重量和BKT溫度由多帶過程和帶的量子幾何確定。

本文的主要作者之一，阿爾托大學的Aleksi Julku表示：“在我小組的幾個模型系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)并研究了波函數(shù)對超導性的幾何影響，這個項目中，看到這些研究如何與真實材料聯(lián)系起來令人興奮?！庇陧f斯屈萊大學的Teemu Peltonen解釋說：“除了顯示波函數(shù)的幾何效應的相關性，我們的理論還預測了實驗者可以檢查的許多觀察結果?！?/span>

魔角雙層石墨烯中超導態(tài)的發(fā)現(xiàn)被《物理學世界》雜志選為2018年度物理突破榜首，這一發(fā)現(xiàn)激起了世界范圍內研究轉角石墨烯系統(tǒng)的熱潮，而且（魔角雙層石墨烯入選2018年物理學十大突破！）。盡管這種超導現(xiàn)象發(fā)生的溫度僅比絕對零度高了幾度，但揭示它的機理可以幫助理解高溫超導體，并有望讓我們能夠制備出接近室溫工作的超導體。這樣的發(fā)現(xiàn)被認為是物理學的“圣杯”，因為它可以使計算機能耗大大降低。（文：董瑞）