超越魔角石墨烯？中国小伙，今日连续发表2篇Nature，正在攻读研究生！

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在二维纳米器件中，基于电场效应获得超导性是纳米电子学的梦想。

早在2018年3月，麻省理工学院PabloJarillo-Herrero课题组（曹原）在~1.1°魔角扭曲的双层石墨烯中发现新的电子态，可以简单实现绝缘体到超导体的转变，打开了非常规超导体研究的大门。这个全新的发现，把石墨烯推向了新的发展高度，研究结果以背靠背的方式在线发表于Nature，一时引起轰动，魔角石墨烯风靡全球。

然而，魔角石墨烯目前还存在一个重要问题，那就是特定的旋转角度使得整个材料的制备非常难，材料也不够稳定，为未来发展带来了很多不可确定性。

菱面石墨烯，为石墨烯超导带了更多可能。

2021年9月1日，加州大学圣巴巴拉分校Andrea F. Young课题组连续在Nature背靠背发表2篇论文，报道了他们在菱面三层石墨烯发现超导的最新突破。值得一提的是，两篇论文的第一作者都是中国留学生Haoxin Zhou（目前正在UCSB Andrea F. Young课题组攻读研究生学位，暂不清楚是博士研究生还是硕士研究生），其中一篇文章的共同第一作者为Tian Xie。

作者认为，无论是魔角双层石墨烯，魔角三层石墨烯，还是菱面三层石墨烯，在其中发现的超导性，具有相同的本征机制。

在第一篇论文中，研究团队在菱面三层石墨烯中发现超导性。材料会在低于开尔文温度下表现为低电阻率或消失电阻率，超导发生在两个不同的栅极调谐区（SC1 和 SC2），符合由平均自由程和超导相干长度之比的定义。通过量子振荡对正常状态费米表面的映射表明，两个超导体都从环形费米海中出现。SC1 从顺磁正常状态出现，而 SC2 从自旋极化、谷非极化的半金属状态出现，并且打破了面内磁场的泡利极限至少一个数量级。

在第二篇论文中，作者在菱面三层石墨烯中发现“半金属”和“四分之一金属”。研究表明，菱面三层石墨烯中，栅极调谐的范霍夫奇点将电子系统的自发铁磁极化驱动为一种或多种自旋和谷型。通过电容和传输测量，研究人员观察到相之间的一系列密度和电子位移场调谐跃迁，其中量子振荡具有四倍、两倍或一倍的简并性，分别对应正常金属、“半金属”，以及 “四分之一金属”。通过孔填充，研究人员观察到更丰富的相图，在费米表面拓扑结构中对称性破缺和跃迁之间存在微妙的相互作用。通过使用扭角对齐的六方氮化硼衬底引入莫尔超晶格等进一步研究表明，菱面三层石墨烯是控制良好的多体理论测试的理想平台，并揭示了莫尔材料中的磁性本质上是流动的。

参考文献：

HaoxinZhou et al. Superconductivity in rhombohedral trilayer graphene. Nature 2021.

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03926-0

HaoxinZhou, Tian Xie et al. Half and quarter metals in rhombohedral trilayer graphene.Nature 2021.

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03938-w

值得一提的是，加州大学圣巴巴拉分校Andrea F. Young课题组也是石墨烯领域当前最活跃的课题组之一。这位小哥哥年纪不大，名气却不小。现在也就30多岁，已经发表了10多篇Science和Nature。

2012年博士毕业后，Andrea F. Young来到MIT做研究员的时候，还与Pablo Jarillo-Herrero课题组多次合作研究过单层、双层、三层石墨烯的各种性质。就在魔角石墨烯超导问世后的一个月，2018年4月7日，Andrea F. Young也在Science发表了关于魔角扭曲双层石墨烯的突破性工作。随后，他的工作重心也转移到扭曲角度的双层石墨烯上来，发表了大量工作，一发不可收拾！