科學界百年認知遭顛覆！MIT發現「磁性超導體」，石墨烯掀量子科技革命

更新於 05月23日12:05 • 發布於 05月23日12:00 • 高詩豪

超導體向來被科學界視為「磁場絕緣體」，與磁性就像水與火一樣無法相容。但麻省理工學院（MIT）最新的研究，卻打破了這項百年定律：他們竟在石墨烯這種再普通不過的材料中，觀察到同時兼具磁性與超導性的奇特現象，堪稱科學界的顛覆性突破。

石墨烯由碳原子單層緊密排列而成，是構成鉛筆芯（石墨）的基本材料。團隊發現，當五層菱面體狀石墨烯在極低溫（攝氏約負273度）時，竟可展現超導特性，電流毫無阻力地通過。同時，科學家施加外在磁場時，該材料的超導狀態竟能在兩個方向之間自由切換，猶如磁鐵自動翻轉南北極般奇妙。

超導狀態能兩方向自由切換

麻省理工學院團隊研究發現，菱面體結構的四層及五層石墨烯（a）在極低溫下展現出特殊超導性質。透過改變上下層間電位差（Δ），可調控四層石墨烯的能帶特性，出現能帶變平坦的現象（b）。電性量測（c、d）在特定電荷密度（ne）與電場條件（D/ε₀）下，兩種樣本皆明顯呈現出零電阻的超導態區域（標記為 SC1、SC2、SC3）。其超導態的電阻隨溫度變化曲線（e、f）亦證實此一特性，揭示了石墨烯結構在量子電子與新穎超導現象中的重要潛力。（圖片來源：Nature）

「我們起初根本沒料到會出現這樣的狀況，」MIT教授龍居（Long Ju）驚訝地表示：「這完全違背了傳統認知，彷彿看到磁鐵與超導體這兩個對立的角色握手言和。」研究團隊推測，原因來自石墨烯內電子特殊的「手性」配對行為，使電子對集體朝同方向旋轉，從而產生內部磁場，成為全球首個觀察到的「手性超導體」。

這項突破不僅打破舊有理論，還可能開創量子計算新方向。MIT團隊表示，這種全新磁性超導體有望運用在下一代量子元件中，提供更穩定、強健的計算效能。「這項發現證明，即使最常見的材料，也可能隱藏著未知的驚奇與巨大潛力。」研究者笑稱，「別小看你手中的鉛筆芯，它或許正等待著顛覆世界。」

研究刊登在最新一期的《Nature》。

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首圖來源：ampson Wilcox, Research Laboratory of Electronics (CC BY 4.0)

圖片來源：Nature(CC BY 4.0)

參考論文：
1、Signatures of chiral superconductivity in rhombohedral grapheneNature

延伸閱讀：
1、韓國超導低溫學會:LK-99未具邁斯納效應，不能說是超導體

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