2026年9月4日——曼彻斯特大学国家石墨烯研究所的科学家证明，通过屏蔽电子之间的相互作用，可以完全关闭魔角石墨烯中的超导电性。这一发现为电子相互作用在该现象中发挥核心作用提供了有力证据，也有助于解答一个自超导电性首次在该材料中被发现以来一直悬而未决的关键问题。

魔角扭转双层石墨烯是将两层石墨烯以约1.1度的旋转错位堆叠而成，在过去十年中已成为研究最为密集的量子材料之一。然而，研究人员对其超导电性的成因始终争论不休。一些理论认为，是电子本身驱动了产生超导电性的配对；另一些理论则提出，一种涉及原子晶格振动的更常规机制才是原因所在。

在这项发表于Physical Review X的新研究中，研究人员开发出一种石墨烯器件，其中包含两个间距小于1纳米但电学上保持去耦的扭转双层石墨烯。这一设计使研究团队能够比以往实验更有效地控制库仑屏蔽，并直接检验电子相互作用被削弱时超导电性的响应。参与研究的科学家来自曼彻斯特大学、国家石墨烯研究所、亨利·罗伊斯研究所、圣路易斯华盛顿大学、宾夕法尼亚大学、安特卫普大学、日本国立材料科学研究所和新加坡国立大学。

该研究的第一作者Julien Barrier博士解释道：“要想产生显著效果，我们必须解决两个问题。首先，要构建一种器件，使屏蔽层与超导石墨烯之间保持亚纳米级的极近距离，同时在电学上保持独立。其次，我们还要让屏蔽层可调。为此，我们使用了一个与魔角石墨烯形成原子级接触的扭转双层石墨烯。”

本研究的通讯作者、新加坡国立大学的Alexey Berdyugin教授表示：“当我们开启屏蔽时，惊讶地发现超导电性被完全抑制了。这提供了清晰的实验证据，表明该体系中的超导电性源于强电子—电子相互作用。这一行为为更好地理解其他具有强电子相互作用材料（包括高温超导体）的超导机制提供了新的契机。”

该工作的通讯作者Andre Geim爵士教授表示：“就我个人而言，我只对高温超导感兴趣——最好是室温或更高温度。这项研究是在极低的温度下完成的，低到连氦都会变成液体。但除非我们弄清楚是什么让超导发挥作用，否则我们不太可能实现室温超导，更不用说让这一非凡现象具备商业实用价值了。我们的研究只是朝那个方向迈出了一小步——但毕竟是一步——有助于确定石墨烯中奇异超导的机制。罗马不是一天建成的。”

研究团队发现，提高相邻双层石墨烯中的载流子密度会逐渐削弱邻近魔角石墨烯的超导电性。当载流子密度足够高时，超导电性被完全抑制。

研究人员还观察到，在相同条件下，关联绝缘态——魔角石墨烯的另一典型特征——也消失了。测量结果表明，通过屏蔽作用，超导临界温度可被降低一个数量级以上。

这一效应明显强于此前的屏蔽实验所报道的结果。据研究人员介绍，增强的响应源于超导层与屏蔽层之间极小的间距，这使得库仑相互作用能够得到有效得多的调控。

为了理解这些观测结果，研究团队将实验结果与理论模型进行了比较。常规的声子介导超导电性在库仑相互作用被屏蔽后，预计应基本保持不变或略有增强。然而，研究人员观察到的却是相反的行为，这表明常规声子配对机制无法解释这类材料中的超导电性。

尽管作者强调，这项工作并未确定某种唯一的配对机制，多种非常规理论仍与结果一致，其中包括基于集体电子相互作用的机制。不过，这些发现为未来试图解释魔角石墨烯超导电性的理论施加了严格得多的约束条件。

Berdyugin教授总结道：“在这项研究中，我们引入了一种在短至0.3纳米的尺度上屏蔽电子—电子相互作用的方法，事实证明，该方法对控制魔角石墨烯的超导电性至关重要。我们预计，这种前所未有的短程屏蔽水平也将有助于澄清许多其他尚存争议的现象。”