nature|超燃！95后天才少年曹原再发Nature，第八篇！

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刚刚， 95后石墨烯大神曹原又在《Nature》上发表了关于魔角石墨烯的最新研究成果，迎来了自己人生中第八篇《Nature》！而这距离他上一次发表《Science》仅仅三个月左右的时间。

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从2018年发现魔角石墨烯以来，这位NS（Nature/Science）狂魔已经发了8篇Nature、1篇Science!其中，仅2021年上半年便已经发表了3篇Nature+1篇Science ，发表间隔时间最长不过一个月，最短仅一周左右，如此密集的丰硕成果，令人难以想象！

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曹原第八篇《Nature》：发现能够在强磁场中存在的罕见超导现象
2021年7月21日，曹原再次以第一作者+通讯作者的身份，在《Nature》发表了题为Pauli-limit violation and re-entrant superconductivity in moir graphene的论文。
在该研究中，曹原等人在魔角扭曲的三层石墨烯（magic-angle twisted trilayer graphene ， MATTG）材料中观察到一种罕见的超导现象。研究发现，当 θ 等于大约 1.6° 的魔幻角时， MATTG在低温（低至1开尔文）下电阻为零，变为超导体。令人惊讶的是， MATTG在高达 10 特斯拉的惊人高磁场下仍然表现出超导性，这比传统超导体所预测的材料所能承受的磁场高出三倍!

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图1. 魔角扭曲三层石墨烯中罕见的自旋三重态超导现象。
曹原表示，该研究中发现的魔角三层石墨烯是一种非常罕见的超导体，被称为自旋三重态，不受强磁场的影响。这种奇异的超导体可以极大地改进磁共振成像（MRI）技术。目前， MRI 机器仅限于 1 到 3 特斯拉的磁场。如果它们可以用自旋三重态超导体制造，那么 MRI 就可以在更高的磁场下运行，以产生更清晰、更深的人体图像。
此外，三层石墨烯中自旋三重态超导性的新证据也可以帮助科学家设计更强大的超导体，以用于实际量子计算。
自旋单线态超导VS. 自旋三重态超导
所谓超导体，是指在不损失能量的情况下具有高效的导电能力，以零电阻传输电流。从微观上讲，当暴露在电流中时，超导体中的电子会以库珀对的形式耦合，然后集体和协作地移动，在没有阻力的情况下穿过材料，从而不会损失能量。
在绝大多数超导体中，这些库珀对具有相反的自旋（内在角动量），一个电子向上旋转，另一个向下旋转，总自旋为零，这种配置被称为自旋单线态。这些电子对通过超导体愉快地加速，除非在高磁场下，它可以将每个电子的能量向相反的方向移动，从而将电子对拉开。也就是说，强磁场可以破坏传统自旋单线态超导体的超导性。这就是为什么在足够大的磁场中，超导性最终消失的原因。

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图2. 传统超导体的自旋单线态和魔角扭曲三层石墨烯的自旋三重态
但是，同样存在一些不受磁场影响的奇异超导体，强度非常大。这些材料通过具有相同自旋的电子对进行超导，库珀对的总自旋为1 ，并且两个电子自旋可以在同一方向上排列。这种特性被称为自旋三重态。当暴露在强磁场中时，库珀对中的两个电子的能量会向同一方向移动，这样它们就不会被拉开，而是继续不受干扰地超导，无论磁场强度如何。