超导体是一种能在几乎没有电阻的情况下传导电流的材料。这种能力使它们对许多应用非常有趣和有吸引力，例如无损电力电缆、电动机和发电机，以及可用于MRI成像和磁悬浮列车的强大电磁体。现在，名古屋大学的研究人员详细介绍了一类新型超导材料——魔角扭曲双层石墨烯——的超导特性。

为了使这些材料发挥超导体的作用，需要低温环境。大多数材料仅在极低温度下才会进入超导阶段，例如–270°C，这远低于真空的外太空温度。这种要求严重限制了它们的实际应用，因为这种极低的冷却需要非常昂贵且专门的液氦制冷设备。这是超导技术仍处于起步阶段的主要原因。

高温超导体(HTS)——例如一些基于铁和铜的超导材料——能在–200°C以上进入超导阶段，利用液氮很容易实现该温度。然而迄今为止，高温超导的工业和商业应用受到限制。目前已知和可用的HTS材料是脆性陶瓷材料，它们没有延展性并且不能制成有用的形状(如电线)。此外，众所周知，它们制造起来困难且昂贵。这使得寻找新的超导材料变得至关重要，并且成为了名古屋大学物理系的Hiroshi Kontani教授和Seiichiro Onari博士等物理学家的研究重点。

最近，科学家已经提出了一种新材料能作为潜在的超导体，这种材料就是魔角扭曲双层石墨烯(MATBG)。在MATBG中，两层石墨烯本质上是排列在蜂窝晶格中的单个二维碳层，它以一个魔角(约1.1度)进行扭曲，会导致旋转对称性的破坏和高阶对称性形成了一种被称为SU(4)的结构。随着温度的变化，系统会经历量子涨落，就像原子结构中的水波纹一样，会导致电子结构发生新的自发变化和对称性降低。这种旋转对称性破坏被称为向列态，它与其他材料的超导特性密切相关。

在他们最近发表在《物理评论快报》上的研究工作中，Kontani教授和Onari博士使用了理论方法来更好地了解MATBG材料中这种向列态的来源。Onari博士解释说：“由于我们知道高温超导性可以由铁基超导体等强相关电子系统中的向列波动引起，阐明这种向列有序的机制和起源可以导致更高温度超导体的设计和出现。”

该团队研究人员发现，MATBG中的向列有序结构源于一种结合了谷自由度和自旋自由度的新型自由度波动之间的干扰，这一发现在传统的强相关电子系统中尚未得到报道。扭曲双层石墨烯的超导转变温度非常低，为1K(–272°C)，但向列态设法将其提高了几度。

他们的结果还表明，虽然MATBG在某些方面表现得像铁基高温超导体，但它也具有一些非常令人兴奋的独特特性，例如在谷极化状态下会产生有磁场的净电荷回路电流，而环路电流会被向列态的每个谷抵消。此外，石墨烯的可延展性也能在增加这些超导体的实际应用方面发挥重要的作用。随着对超导的潜在机制有了更好的理解，我们科学和技术离真正实用的超导未来更近了一步。（编译:Qtech）