2018年3月5日，《自然》連刊兩文報道石墨烯超導重大發(fā)現(xiàn)。年僅21歲麻省理工學院博士生曹原發(fā)現(xiàn)了石墨烯的“魔角”。當溫度冷卻到絕對零度（-273°C）以上1.7°C時，當兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度，就會產生神奇的超導效應。而前人的研究集中在氧化銅材料的超導電性，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，提供了一個復雜超導物理的探索平臺。

今天，研究人員已經在更容易獲得的三層石墨烯片中發(fā)現(xiàn)了超導電性的跡象，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性。

“這絕對是一個令人興奮的發(fā)展，”哥倫比亞大學物理學家Cory Dean說。Cory Dean指出，雙層石墨烯只有在兩個石墨烯層的原子晶格相對于彼此扭轉了1.1°的“魔角”時才具有超導 -在已知的最薄材料上進行這項操作是非常困難的?！叭绻杂衅x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齊，這在產生多層石墨烯時自然而然的形成這樣的結構。

斯坦福大學的物理學家David Goldhaber-Gordon和加州大學伯克利分校的物理學家Feng Wang及其同事采用了現(xiàn)有標準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 - 大多數鉛筆中的成分- 然后對此進行剝離。通過撕膠帶的方法（機械剝離法）。Feng Wang團隊之前開創(chuàng)了一種技術，發(fā)現(xiàn)三層石墨烯中獨特的光學特征。

然后，該團隊將這些三層薄片作為制造電氣設備的起始材料。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，層中的原子再次對齊，產生“莫爾”重復圖案，其在扭曲的雙層石墨烯中也是明顯的。每個重復的莫爾晶胞除了材料本身的電子外，還可以容納多達四個額外的電子，從而改變材料的導電性。

接下來，研究人員在薄片頂部構筑金屬圖案，用“柵極”構建晶體管，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重復莫爾晶胞中存在電子數量。當他們向每個晶胞添加三個電子并將溫度降至低于2K時，他們注意到電阻急劇下降，這是超導性的一個標志 ，他們今天發(fā)表在《Nature》。他們還注意到，當他們對樣品外部施加磁場時，接近零的電阻消失了，這是超導的另一個跡象?！八羞@些事情都會檢查[超導性]的方框，”Goldhaber-Gordon說。但他補充說，這些信號還不確定，目前仍然存在兩個問題：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導致的；其次，它可能無法實現(xiàn)大面積超導。

盡管如此，Goldhaber-Gordon指出，三個額外電子的表觀超導性與傳統(tǒng)的高溫超導體（1986年發(fā)現(xiàn)的銅基材料）相似。對于Dean來說，這提高了三層石墨烯作為超導材料的希望。一個很好的模型系統(tǒng)，用于解決這個長期存在的謎團。他說，三層石墨烯提供了是一個清晰的研究系統(tǒng)，它提供了一種探索復雜物理學研究的簡單方法。”

參考資料：

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

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