摘要：超导现象自 1911 年被发现以来，一直是物理学领域的研究热点。超导体在低于临界温度时电阻突然降为零，且能完全排斥磁场，这使其在能源传输、量子计算等领域具有巨大应用潜力。传统超导体理论由巴丁、库珀和施里弗提出的 BCS 理论解释，但许多非常规超导体，如铜氧化物

超导现象自 1911 年被发现以来，一直是物理学领域的研究热点。超导体在低于临界温度时电阻突然降为零，且能完全排斥磁场，这使其在能源传输、量子计算等领域具有巨大应用潜力。传统超导体理论由巴丁、库珀和施里弗提出的 BCS 理论解释，但许多非常规超导体，如铜氧化物高温超导体和铁基超导体，无法用 BCS 理论完全解释。

其中，手性超导体作为一类特殊的非常规超导体，因其能打破时间反演对称性，有望成为拓扑量子计算的载体而备受关注。然而，手性超导体的实验证据一直难以获取。石墨烯作为二维碳材料，具有独特的电子结构和优异的电学性能，其多层堆叠结构能产生丰富的物理现象。近年来，研究人员发现特定堆叠方式的石墨烯中可能存在超导性，这为探索手性超导体提供了新的方向。

基于此，麻省理工巨龙课题组在Nature期刊上发表了题为“Signatures of chiral superconductivity in rhombohedral graphene”的最新论文。第一作者为路正光，韩同航，Zach Hadjri。

该团队聚焦于菱形堆叠的四层和五层石墨烯，旨在探索其中的手性超导特性。研究团队通过精确的器件制备和电学输运测量，在电子掺杂侧观测到两个超导态，其临界温度最高可达300毫开尔文，且表现出反常的磁滞现象和对平面内磁场的强鲁棒性。这些特性表明超导态可能具有手性特征，即存在自发的时间反演对称性破缺。

研究还发现，这些超导态与相邻的自旋和谷极化四分之一金属态密切相关，且超导态的电子配对可能具有高角动量。这项工作不仅为理解手性超导体提供了新的实验证据，还为基于石墨烯的拓扑量子计算应用奠定了基础。

图1. 菱形堆叠的四层石墨烯器件T3和平层石墨烯器件P1中展现出的平带超导性。

图2. 四层石墨烯器件T3中，邻近态所表现出的时间反演对称性破缺（TRSB）和谷极化特性。

图3. 平层石墨烯器件P1中超导态的自旋与谷极化行为。

图4. 四层石墨烯器件T3中温度依赖的反常霍尔效应及其相图边界。

图5. 接近BCS-BEC交叉区域的超导特性表现。

本文的研究成果为拓扑超导和手性超导态的实验探索提供了全新的平台和思路。通过在无摩尔超晶格效应的菱形堆叠四层和五层石墨烯中实现非常规超导态，实验首次揭示了与时间反演对称性破缺和谷极化相关的独特物理现象，如磁滞效应和反常霍尔效应，这些是手性超导的重要标志。该体系展现出强耦合超导特性，且超导临界磁场远高于传统石墨烯超导，表明其处于BCS-BEC跨越区附近，推动了我们对强关联电子体系中超导机制的理解。

同时，实验结果为在纯碳材料中实现拓扑超导和马约拉纳零模的研究奠定了基础，开启了利用简单晶体结构探索非阿贝尔准粒子和拓扑量子计算的新方向。未来通过多种先进技术对超导态的轨道磁性、超导能隙对称性及边缘态进行深入探测，将进一步揭示其内在机理和潜在应用价值。综上，该研究不仅丰富了超导物理学的理论体系，也为实现基于拓扑保护的量子计算提供了重要的实验支撑和技术路径。

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来源：澎湃新闻客户端