nature|超燃！95后天才少年曹原再发Nature，第八篇！( 二 )

大多数实验上已知的超导体都有自旋-单线态库珀对；其中包括表现出传统超导性的金属（例如铅和铌），以及表现出非常规超导性的铜酸盐（层状氧化铜化合物）。然而，具有自旋-三重态的非常规超导体却鲜有报道。
难以置信！MATTG超导在10 T的强磁场中幸存下来
起初，研究人员在魔角扭曲双层石墨烯中观察到了超导现象，随后很快跟进了魔角三层石墨烯的测试，结果发现，它比双层石墨烯更坚固，在更高的温度下保持超导性。当施加适度的磁场时，研究人员注意到三层石墨烯能够以破坏双层石墨烯超导性的场强进行超导。
我们认为，这很奇怪，曹原的导师Jarillo-Herrero 说道。随后，曹原和导师Jarillo-Herrero 便起了好奇之心，魔角三层石墨烯是否可能包含这种不寻常的自旋三重态超导性的迹象。于是，研究人员将三层石墨烯堆叠在一起，并将中间的一层相对于外层旋转 1.56 度来制造MATTG；然后通过一块磁场方向与材料平行的大磁铁控制磁场，在越来越高的磁场下测试了MATTG的超导性。

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图3. 高平面磁场下 MATTG 中的超导性。
研究发现，当不断增加周围的磁场时， MATTG的超导性一直很强，直到消失。但令人无比惊奇的是， MATTG的超导性居然在更高的场强下重新出现，卷土重来！这是在传统的自旋单线态超导体中从未观察到的。
同时，曹原等人还观察到，在卷土重来之后，在高达 10 特斯拉的磁场强度下超导性依然持续存在！要知道，这是实验室磁铁可以产生的最大场强。根据泡利极限（这是一种预测材料可以保持超导性的最大磁场的理论）：如果普通超导体是传统的自旋单线态，那么MATTG的承受能力大约是普通超导体的三倍。

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图4. MATTG 超导超越泡利极限
超导消失后卷土重来？Why?
在自旋单线态超导体中，如果你用磁场杀死超导，它就永远不会回来，永远消失了，曹原说道。而在这里，它又出现了。所以这说明这种材料肯定不是自旋单线态。
魔角扭曲三层石墨烯重新出现超导性，再加上其在比预期更高的磁场中的持久性，排除了这种材料是普通超导体的可能性。这意味着，它可能是一种非常罕见的类型，即自旋三重态，承载着快速穿过材料的库珀对，不受强磁场的影响。

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图5. MATTG中超导相之间的场致转变。
据悉，目前曹原团队正在计划深入研究该材料以确认其确切的自旋状态，希望为开发下一代更强大的 MRI 机器和更强大的量子计算机的设计提供更多的信息和科学依据。
常规量子计算非常脆弱， Jarillo-Herrero 说。你看着它，噗，它可能就消失了。大约 20 年前，理论家提出了一种拓扑超导性，如果在任何材料中实现，就可以 [启用] 负责计算的状态非常稳健的量子计算机，从而为计算提供无限的力量。实现这一目标的关键因素是某种类型的自旋三重态超导体。我们不知道我们的类型是否属于那种类型。但即使不是这样，也可以将三层石墨烯与其他材料放在一起来设计这种超导性。这可能是一个重大突破。
【nature|超燃！95后天才少年曹原再发Nature，第八篇！】参考文献：
1. Cao, Y., Park, J. M., Watanabe, K., Taniguchi, T. &Jarillo-Herrero, P. Nature 595, 526–531 (2021).