MIT发现磁场增强的石墨烯超导态

MIT 研究人员发现，菱方石墨烯——一种按特定堆叠方式的原子级薄层石墨——可以承载至少四种不同的超导态，其中几种打破了传统物理规律，在磁场下不但存活反而变强。相关论文6月29日发表在《自然》杂志上，团队称其为“磁场增强超导体的新家族”。

超导性对抗磁场

磁场通常会破坏超导性。在传统超导体中，配对电子自旋相反，外加磁场会拉开自旋，破坏电子对。但在 MIT 物理学家 Long Ju 领导的实验中，菱方石墨烯中发现的四种超导态中有三种在高达约9特斯拉（约为地球磁场的18万倍）的磁场中仍然存在。

更令人惊讶的是，当研究人员在特定电子密度下施加垂直磁场时，超导性不仅没有消失，反而增强了。Long Ju 解释说：“超导性实际上增强了，即转变温度从55毫开尔文升高到约90毫开尔文。同时，材料在超导性被破坏前可以承受额外50%到60%的电流。这非常不寻常。”

电子配对的新机制

研究团队提出，在菱方石墨烯的某些电子密度下，电子可能以自旋平行而非反向的方式配对。在这种配置下，磁场会朝同一方向拉两个自旋，从而保持它们的排列和超导行为，而不是破坏它。

这一发现建立在 Ju 团队此前工作的基础上。去年，他们报告了在相同材料中首次观察到“手性超导”——一种将超导性与电子轨道运动产生的固有磁性结合的状态。

对非常规超导的意义

研究结果表明，菱方石墨烯是一个承载多种非常规超导态的平台。虽然涉及的温度仍远低于实用阈值（绝对零度以上几十毫开尔文），但这一发现为物理学家提供了研究奇异超导形式和自旋三重态配对机制的新系统，这些机制长期以来只存在于理论中。