科学家通过削弱电子间的相互作用，完全关闭了魔角石墨烯的超导性，为这些相互作用在该异常现象中发挥的核心作用提供了有力证据。

这一结果来自曼彻斯特大学国家石墨烯研究所的科学家及其合作者打造的一种新器件。该器件使研究团队能够比此前实验更精确地控制魔角扭曲双层石墨烯中的电子相互作用。

魔角石墨烯是将两层石墨烯以约1.1度的微小旋转错位堆叠而成的。在这个角度下，材料可以产生异常的电子态，包括超导性。但科学家一直在争论究竟是什么原因使电子配对并产生这一效应。一种可能是常规机制，即材料原子晶格的振动帮助电子形成配对。另一种则指向电子自身之间的相互作用。这项新实验通过有意削弱电子相互作用来检验这些相互竞争的理论。

研究人员构建了一种结构，其中包含两个扭曲石墨烯双层，二者间距不到一纳米。这两个双层在电学上保持分离，使其中一个能够充当另一个的可调屏蔽层。通过增加邻近石墨烯双层中的载流子密度，研究团队逐步削弱了魔角石墨烯中电子之间的库仑相互作用。超导性随屏蔽作用的增强而减弱，并最终被完全抑制。

这一效应也出现在魔角石墨烯的另一个重要状态中。关联绝缘态在相同条件下消失，而测量结果表明，超导临界温度可能下降超过一个数量级。

研究人员在短至0.3纳米的距离上实现了对电子相互作用的这种控制。两个石墨烯系统之间极小的间距使屏蔽效应远强于此前的实验。

“当我们开启屏蔽时，我们惊讶地发现超导性被完全抑制了。这提供了清晰的实验证据，表明该系统中的超导性源自强电子-电子相互作用，”通讯作者、新加坡国立大学的阿列克谢·贝尔迪乌金教授说。

这一结果也有助于排除一种简单的常规解释。如果魔角石墨烯中的超导性主要由声子——即原子晶格的振动——驱动，那么削弱库仑相互作用理应使该效应基本不变，甚至略微增强。然而，实验产生了相反的结果。屏蔽电子相互作用削弱并最终消除了超导性，这支持了电子配对的非常规机制。

研究人员强调，该实验并未确定某一种具体的配对机制。若干涉及集体电子相互作用的理论仍然可能成立。不过，这些发现为魔角石墨烯超导性的解释设定了更严格的限制。

这项工作还可能帮助研究人员研究其他被认为存在强电子相互作用的材料，包括高温超导体。

“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下的超导。这项研究是在低到连氦都会液化的温度下进行的。但除非我们理解超导的运作机制，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有商业价值了。我们的研究只是朝着这个方向迈出的一小步——但仍然是一步——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，”安德烈·海姆爵士教授说。

该研究发表于《物理评论X》。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！