电子不仅是粒子而且是波 “魔角”石墨烯超导性成因揭示

科技日报北京2月15日电 （实习记者张佳欣）据最新发表在《自然》杂志上的一项研究，美国俄亥俄州立大学领衔团队发现的新证据显示，当石墨烯偏转到某个精确角度时，可成为超导体，传输电能而不损失能量。量子几何在这种偏转石墨烯成为超导体方面发挥了关键作用。

在此图中，两片石墨烯以稍微偏转的“魔幻”角度堆叠在一起，可以成为绝缘体或超导体。图片来源：麻省理工学院

2018年，麻省理工学院科学家发现，如果在合适条件下，将一片石墨烯放在另一片石墨烯上，并将两层石墨烯偏转一个特定的角度（1.08°），就会产生神奇的超导效应。

在传统金属中，高速电子负责导电性。但偏转的双层石墨烯具有一种称为平带的电子结构，在这种结构中，电子移动非常缓慢，如果偏转角度恰好是“魔角”，则速度接近于零。研究人员表示，在传统的超导理论下，移动如此之慢的电子应该不能导电。

此次，研究人员非常精确地获得了一个非常接近魔角的装置，电子几乎被通常的凝聚态物理标准所阻止。尽管如此，样品仍然表现出超导性。

在实验中，研究团队证明了电子具有缓慢的速度，并给出了比以前更精确的电子运动测量结果。

他们还发现了首个线索，可解释这种魔角石墨烯为何如此特殊。就像所有的量子一样，量子几何是复杂的，不是直观的。研究的结果与这样一个事实有关：电子不仅是粒子，而且是波，因此具有波函数。

研究人员表示，平带中量子波函数的几何形状，加上电子之间的相互作用，导致了双层石墨烯中电子的流动而没有耗散。常规方程仅能解释其发现的一成超导信号。实验测量表明，具有偏转角度的双层石墨烯成为超导体的九成原因在于量子几何。这种材料的超导效应只有在极低温度下的实验中才能发现。

研究团队最终目标是能够理解导致高温超导的因素，这将在电力传输和通信等现实世界具有潜在应用。