《自然》发布重大突破:美国发现全新超导体!(图)

《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