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理財

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

明日科學

更新於 2025年05月23日12:05 • 發布於 2025年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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http://www.tomorrowsci.com

延伸閱讀:
1、更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網

http://www.tomorrowsci.com

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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