据西班牙《阿贝赛报》网站11月6日报道，在一个充斥着“普通汽车”的世界里，超导体就像一级方程式赛车，能够毫无电阻地高速传导电力。车辆全速行驶时，能量不会受阻，也不会以热量形式流失。正因如此，这类材料被高效应用于磁共振成像仪、粒子加速器或磁悬浮列车等设备。但这些“传统”超导体存在一个重要局限：它们仅在超低温环境下工作。因此需要复杂且昂贵的冷却系统来维持其超导状态。然而，如果超导体能在更高温度(甚至室温)下运行，将催生全新的技术世界，可应用于各类设备，从供电电缆、电网到实用量子计算系统。因此，全球研究人员都在全力寻找“非传统”超导体。

如今，在追寻这一“圣杯”的过程中，美国麻省理工学院的一支物理学家团队在美国《科学》周刊上发表论文，宣布在一种业内熟知的材料中观测到非传统超导性的新证据，它就是魔角扭曲三层石墨烯(MATTG)。这种实验性结构由三层石墨烯组成，通过“扭曲”至特定角度(即“魔角”)，形成具有奇特物理性质(如导电性)的图案。关键恰恰在于层间的精确角度，这会使电子能带“扁平化”，进而促成惊人量子行为的出现。

发现证据

这项由西班牙物理学家巴勃罗·哈雷罗-埃雷罗领衔的新研究，是迄今为止对该材料确实存在非传统超导性最直接、最具说服力的证实。具体而言，研究人员测量了MATTG的“超导能隙”，用通俗的话说，这一特性能反映材料在不同温度下超导状态的稳定性与本质。研究结果令人震惊：MATTG的超导能隙曲线与典型超导体完全不同。也就是说，这种材料实现无电阻导电的机制是全新的，与已知机制截然不同。

研究论文解释道：“存在多种可能形成超导性的机制。超导能隙能为我们提供线索，揭示哪种机制可能助力室温超导体的研发，而这类超导体终将造福整个社会。”

超导奇迹

“超导性”这一概念可能听起来遥远，但事实上其潜在影响极为深远，将永久改变技术格局及我们使用电能的方式。在“普通”电导体(如家中电线里的铜)中，电子虽能移动，却时常与材料本身的原子发生碰撞。这些碰撞产生摩擦，而摩擦会以热量形式造成能量损失(例如手机充电器发热)。若将范围从充电器扩展到全国电网，这类损失将极为巨大。

而超导性是一种量子状态：在特定条件下(通常是极低温度，即“临界温度”)，材料会完全失去电阻。此时，电子不再发生碰撞，而是形成“库珀对”(两个电子结合配对)，在材料中无摩擦流动。这就好比一列火车一旦启动，便不再需要发动机或燃料，因为受到的摩擦力为零。同样，电流在超导体中启动后，可无限循环流动。

如今，受低温制冷技术的限制，超导性仅应用于关键且高价值的系统，如前文提到的磁共振成像仪或粒子加速器。但如果能实现室温超导，世界将迎来巨大飞跃。例如，西班牙电网的能量损失约占发电量的5%至10%，这些损失将彻底消失。更不用说，由于无摩擦、无热量产生，芯片及其他电子元件无需配备冷却系统(如手机的冷却设计)，这将使制造更小、更高效的设备成为可能。最后，作为量子计算机“核心”的量子比特(通常依赖超导性)，无需再冷却至接近绝对零度即可工作，因此如今仅存在于专业实验室的超级计算机，将变得更加普及、触手可及。

全新领域

“魔角”石墨烯隶属于一个名为“扭曲电子学”的全新前沿研究领域。该领域专注于研究二维材料的电子特性如何在一层相对于另一层精确扭转时发生剧烈变化。

事实上，哈雷罗-埃雷罗团队在2018年率先通过实验制造出扭曲双层石墨烯，此后研究人员又探索了双层、三层及更多层的此类材料。在MATTG中，扭转角度是激活奇特性质的关键，能将电子从传统束缚中释放出来。

为证实MATTG的非传统本质，哈雷罗-埃雷罗及其团队开发了一个实验平台，本质上是利用“隧道效应”实时“观测”二维材料中超导性出现时的超导能隙。在量子世界中，粒子同时表现出波和粒子的特性，隧道效应指的是这些粒子(如电子)“穿越”能量势垒(就像穿过一堵墙)的概率，这在宏观世界中是不可想象的。

“V”形能隙

通过测量电子在MATTG中的“隧穿”难易程度，并将其与零电阻相关联，该团队成功绘制出超导能隙的形状。该团队的重大发现是，传统超导体的能隙均匀平坦，而MATTG的能隙呈现出独特的“V”形，这一“指纹特征”表明其电子配对机制与众不同。

哈雷罗-埃雷罗表示：“深入了解非传统超导体，能帮助我们了解其他此类材料，例如指导室温超导体的设计，可以说这是整个领域的‘圣杯’。”

理解MATTG中的这种非传统机制，不仅是石墨烯研究的一项成就，更是一份“路线图”，可能揭示高温超导材料(如20世纪80年代末发现的铜氧化物)背后的物理原理，从而为科学家设计新型材料提供指导。

如今，借助哈雷罗-埃雷罗及其同事设计的新实验平台，麻省理工学院团队及全球其他研究小组都拥有了深入探索扭曲电子学这一充满潜力领域的工具。这标志着一门新物理学的开端，它可能很快让我们摆脱能量损失的束缚，跃入新的技术时代。（编译/韩超）