磁场奈我何

深蓝色的畅想

从双层到三层、超导消失又回来、10特斯拉也能“哥俩好”……“魔角”石墨烯可能真的有“魔法”。

近日，美国麻省理工学院（MIT）物理学家在一种被称为“魔角”三层石墨烯的材料中观察到一种罕见超导现象。这种材料在高达10特斯拉的高磁场下仍显示出超导性，这比传统超导体的预计承受能力高出3倍。7月21日，相关论文刊登于《自然》。

未参与该研究的圣母大学物理学家Yi-Ting Hsu表示，这种超导性在强磁场下持续存在的材料可能会带来量子计算的进步。

石墨烯以其独特的力学和电学特性，被称为“神奇材料”，在下一代自旋电子学应用中极具前景。

《中国科学报》从MIT获悉，该校物理学教授Pablo Jarillo-Herrero、博士后曹原、研究生Jeong Min Park，以及日本国家材料科学研究所的 Kenji Watanabe和Takashi Taniguchi 等人发现，“魔角”三层石墨烯是一种非常罕见的超导体，具有自旋三重态，不受强磁场的影响。

通常，超导材料是它们能在不损失能量的情况下超高效导电。当暴露在电流下时，超导体中的电子以“库珀对”的形式耦合在一起，然后就它们就像坐上一辆过山车，能毫无阻力地快速穿过材料。

在绝大多数超导体中，这些“乘客”两两具有相反的自旋，一个电子自旋向上，另一个自旋向下——这种构型被称为“自旋单线态”。这些电子对能很好地通过超导体，但高磁场会阻碍它们的“步伐”，因为高磁场会使每个电子的能量向相反的方向移动，把电子对拉开。这样一来，传统自旋单线态超导体超导性会脱轨。

“这就是为什么在一个足够大的磁场中，超导性会消失的最终原因。”Park告诉记者。

但也有一些超导体不受磁场影响，即便强度很大也是如此。这些材料通过具有相同自旋的电子对显示超导性——这种特性就是自旋三重态。当暴露在高磁场下时，“库珀对”中的两个电子的能量会向同一方向移动，无论磁场强度如何，它们都不会被拉开，而是继续超导。