科技日報記者 張佳欣
據最新一期《科學》雜志報道，美國麻省理工學院物理學家在“魔角”扭轉三層石墨烯（MATTG）中首次直接觀測到非常規超導性的關鍵證據，為實現室溫超導這一目標起到了重要推動作用。
室溫超導在接近室溫條件下仍能工作。如能實現，那么零能耗輸電電纜、高效電網乃至實用量子計算系統等新技術將成為現實。科學家正致力于研究非常規超導體，這類材料的電子配對方式與傳統理論不同，可能在更高溫度下保持超導特性，魔角石墨烯便是其中代表。
2018年，麻省理工學院團隊首次在實驗中制備出魔角雙層石墨烯，發現其展現出非凡的量子特性，由此催生了“扭角電子學”這一全新研究領域。MATTG由三層原子薄的石墨烯堆疊而成，并以特定的魔角扭轉，從而展現出一系列奇異的量子特性。此前研究曾發現MATTG表現出一些異常電子行為，但缺乏直接證據證明其為非常規超導體。
團隊此次利用新開發的實驗平臺，將電子隧穿測量與電輸運測試結合，在同一器件中同時觀測超導能隙與零電阻特征。實驗在接近絕對零度的條件下進行，結果顯示，只有當材料呈現零電阻，即進入超導狀態時，才會出現明顯的“超導隧穿能隙”。
進一步的溫度與磁場測試顯示，該能隙具有獨特的“V”形曲線，而常規超導體通常呈現平滑、對稱的形態。這種差異表明，MATTG中的電子配對方式與傳統超導體完全不同，這意味著其超導機制必然不同于傳統類型。研究人員認為，這種電子緊密結合的特征，可能源于強電子相互作用，而非傳統的晶格振動機制，這對于未來實現室溫超導至關重要。
新平臺能實時觀測二維材料中超導能隙的形成與演化，為研究不同體系中的電子配對機制提供了新的實驗手段。下一步，團隊將利用該平臺探索更多二維扭轉結構和材料，有望揭示電子配對與量子態競爭的本質，為設計新型高效超導體和量子計算材料提供思路。
