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 天然结构「菱方石墨烯」同时有四种超导态，甚至不怕磁场破坏
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【卡城华人网 www.calgarychina.ca】 2026-07-04 12:34 免责声明： 本消息未经核实，不代表网站的立场、观点，如有侵权，请联系删除。 |
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人类已知数千种超导体材料，但同时具多种超导性的单一材料很少见，石墨烯就是一座惊喜不断的超导游乐场。近日，麻省理工学院研究人员发现「菱方石墨烯」在一定电子密度下出现至少4 种不同超导态，更奇怪的是其中3 种不畏强磁场，挑战超导性会被磁场破坏的传统认知。 在一般人眼中，石墨= 铅笔笔芯= 普通碳元素，但在材料物理学家眼中，只要把石墨一层一层撕开直到剩一层原子厚度，一种奇迹般的物质就此诞生——石墨烯（Graphene）。 
它被科学家誉为终极材料，几乎集所有物理极限于一身，比如导电速度快到接近光速1/300、强度是钢铁200 倍、硬度比钻石高却能像橡胶弯曲拉伸。 石墨烯本质上是具电阻的优良导体，但一群物理学家突发奇想将2 层石墨烯以1.1 度（后被物理学界称为魔角）堆叠，发现石墨烯竟化身为零电阻超导材料，加上魔角石墨烯纯粹由碳原子构成，科学家不需改变化学成分，只需调整外加电压，就能让它在绝缘体与超导体之间一键切换，直接开创全新扭角电子学研究领域，材料学家集体为它疯狂。 不怕强磁场的天然超导材料 麻省理工学院物理学家Junseok Seo、Shenyong Ye 团队也一直在探索石墨烯特殊性质，但他们的研究方向不是人工堆叠石墨烯层创造其他魔角，而是从天然石墨烯结构寻找有趣行为。 菱方石墨烯（rhombohedral graphene）就是石墨天然结构之一，由4 或5 层石墨烯堆叠而成，要找到这种结构，通常会先用透明胶带剥落石墨，然后从剥落样品寻找阶梯状图案。 该团队先前已在菱方石墨烯观察到手性超导、分数电子电荷等奇特现象，现在进一步探索其超导态多样性，藉由添加、去除电子的实验，发现菱方石墨烯在某电子密度下出现4 种不同超导态。 多数超导材料只呈现一种超导机制，菱方石墨烯却同时出现多种超导态，更惊人的是其中3 种在9 T（约地球磁场强度18 万倍）强磁场环境下不会被破坏；当团队将磁场切换成垂直方向，发现材料超导性甚至被磁场增强，超导临界温度还提升。 一般情况下，磁场会破坏结合为库柏对的电子、从而抑制超导性，新研究暗示菱方石墨烯的电子配对机制可能与传统材料不同。研究人员对此提出假设，认为电子在特定密度下可能以自旋平行方式配对，而非传统的反平行自旋，一旦自旋方向一致，磁场反而会稳定电子配对而非破坏。 该假设仍需更多实验验证，新研究强调简单的石墨烯只要透过堆叠结构、电子密度调控，就能展现非常规量子现象，若厘清背后机制，或将设计出全新类型超导材料。 来源：科技新报 编辑(Edit) 删除(Delete) |
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