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魔角MATTG石墨烯研究获突破 室温超导目标迈出关键一步
来源:科技日报 百度图 | 作者:亚洲经济报 | 发布时间 :2025-11-10 | 5 次浏览: | 分享到:
据最新一期《科学》杂志报道,美国麻省理工学院(MIT)物理学家在“魔角”扭转三层石墨烯(MATTG)研究中取得重大突破,首次直接观测到非常规超导性的关键证据。这一发现为实现室温超导这一科学界“圣杯”目标提供了重要理论支撑,并可能推动零能耗输电、高效电网及实用量子计算等技术的革命性发展。


室温超导:改变未来的技术愿景


室温超导材料若能实现,将在接近日常环境温度下无电阻传导电流,彻底改变能源传输与利用方式。例如,零损耗电力电缆可大幅降低全球电网能耗,而超导量子比特则可能构建出更稳定的量子计算机。然而,传统超导体需在极低温(接近绝对零度)下工作,限制了其实际应用。科学家因此聚焦于“非常规超导体”—这类材料的电子配对机制突破了传统理论,有望在更高温度下保持超导性,魔角石墨烯正是其中的明星候选。


魔角石墨烯:从双层到三层的量子革命

2018年,MIT团队首次通过扭转双层石墨烯至约1.1度的“魔角”,发现其展现出超导、绝缘及磁性等非凡量子特性,由此开创了“扭角电子学”这一新兴领域。此次研究的MATTG由三层石墨烯以特定魔角堆叠而成,此前研究虽观察到其异常电子行为,但缺乏直接证据证明其超导机制。


研究团队开发了一套新型实验平台,将电子隧穿测量与电输运测试集成于同一器件中,首次在接近绝对零度的条件下同时观测到超导能隙(电子配对形成的能量缺口)与零电阻特征。实验显示,仅当材料进入超导状态时,才会出现明显的“超导隧穿能隙”,且其温度与磁场依赖性呈现独特的“V”形曲线,与常规超导体的平滑对称形态截然不同。


非常规机制:强电子相互作用或为关键

研究负责人指出,MATTG中的电子配对方式与传统超导体(依赖晶格振动)完全不同,其紧密结合特征可能源于强电子相互作用。这一发现表明,非常规超导机制可能普遍存在于二维扭转材料中,为设计高温甚至室温超导体提供了新方向。


此外,新实验平台可实时追踪二维材料中超导能隙的动态演化,为探索电子配对与量子态竞争机制提供了前所未有的工具。团队计划进一步研究其他二维扭转结构及材料,以期揭示更广泛的量子现象,并为新型超导体和量子计算材料的开发奠定基础。


未来展望:开启超导与量子技术新纪元

MIT物理系教授表示:“这项研究不仅深化了我们对非常规超导的理解,更为设计能在更高温度下工作的材料指明了道路。若室温超导最终实现,将彻底改变能源、医疗和计算领域的格局。” 随着全球科研机构加速推进相关研究,魔角石墨烯或将成为解锁下一代技术革命的关键钥匙。