《自然》发布重磅研究,科学家们发现了全新超导体,希望能解开室温超导之谜。

2018年,美国哥伦比亚大学的物理学家Cory Dean和他的团队正在研究石墨烯——这种由碳原子组成的神奇材料。他们发现,当把两层石墨烯以特定角度叠放时,它会变成超导体。这个发现轰动了整个物理学界,但很快,他们遇到了一个难题:这种超导状态极其脆弱,温度稍微升高就会消失。

"一定还有其他可能性。"Dean没有放弃。在接下来的几年里,他和团队不断尝试各种材料,就像厨师在寻找完美的配方。他们尝试了很多种二维材料,有些展现出奇特的磁性,有些变成了绝缘体,但都没能实现超导。

直到有一天,他们决定尝试二硒化钨。

"为什么是二硒化钨?"你可能会问。这个材料看起来并不起眼,就像一片薄如蝉翼的灰色晶体。但它有一个特别之处:它属于过渡金属二硫族化合物(TMDs)家族,这个家族的成员都有一些独特的量子特性。

在1月22日发表在顶刊《自然》杂志的研究中,Dean团队报告了一个激动人心的发现:当他们把两层二硒化钨以精确的5度角叠放时,奇迹发生了!在接近绝对零度的温度下,这个普通的材料突然变成了超导体,电流可以在其中毫无阻力地流动。



更令人惊讶的是,这种超导状态表现出一些独特的特征。就像量子世界里的双面谍,这种材料在特定条件下可以在超导态和磁性态之间转换。科学家们形容这种现象"就像在量子魔术秀中看到的场景"。

这就像发现了一个新的配方,Dean解释说,而且这个配方可能比我们预想的更有意思。

这项发现的独特之处在于:

打破常规:之前科学家们认为只有石墨烯在扭转时才能实现超导。这次发现表明,其他二维材料同样可以!

独特优势:二硒化钨具有石墨烯所不具备的特性,如天然能隙、强自旋轨道耦合等。这些特性为开发新型超导器件提供了更多可能。

意外惊喜:研究团队发现,这种材料的超导态与一种特殊的磁性态紧密相连,这种现象让物理学家们想起了一些最奇特的超导体系。

当然,这种超导现象目前仅在接近绝对零度的极低温度(约-272.7℃)下才能观察到。但正如一位科学家所说:每一个重大发现都始于一个小小的突破。理解这种新型超导体的工作机制,可能为我们带来通向室温超导的关键线索。

或许在不久的将来,这个看似简单的五度角扭转,会让我们重新定义什么是可能。毕竟,在量子世界里,有时最普通的材料也能创造出最不平凡的奇迹。



参考文献:

Guo, Y., Pack, J., Swann, J. et al. Superconductivity in 5.0° twisted bilayer WSe2. Nature 637, 839–845 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08381-1

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