MIT揭秘“魔角”石墨烯：量子计算新突破
MIT揭秘“魔角”石墨烯：量子计算新突破
麻省理工学院和哈佛大学的物理学家们最近在Nature杂志上发表了一项关于“魔角”石墨烯的新研究成果。他们首次直接测量了这种二维材料的超流刚度，并发现其超导性受量子几何效应控制。这项突破性的研究不仅揭示了“魔角”石墨烯的超导奥秘，还为未来量子计算设备的发展提供了新的构建模块。
什么是“魔角”石墨烯？
“魔角”石墨烯由两层或多层原子级薄的石墨烯片构成，这些薄片以特定角度相互扭转，从而具备一系列卓越特性，其中就包括超导性。这种材料的超导性让其成为未来量子计算设备的理想构建模块。
研究团队的突破性发现
研究团队的测量结果显示，“魔角”石墨烯的超导性主要受量子几何效应控制，即在给定材料中可能存在的量子态的概念“形状”。这种超导性让“魔角”石墨烯成为未来量子计算设备的理想构建模块，然而其超导机制目前尚不明确。探索这种材料的超流刚度有助于科学家揭开“魔角”石墨烯的超导奥秘。
创新的实验方法
麻省理工学院的研究团队意识到，要测量像 MATBG 这样原子级厚度材料的超流刚度，必须另辟蹊径。他们开发了一种新的实验方法，将一小块 MATBG 样本无缝连接到铝制微波谐振器的末端。研究团队先采用常规方法组装 MATBG，然后把它夹在两层六方氮化硼绝缘层之间，以维持 MATBG 的原子结构和特性。
“铝是我们在超导量子计算研究中常用的材料，比如用铝制谐振器读取铝量子比特。”Oliver 解释道，“所以我们在想为什么不尽量用铝来制作整个谐振器呢？这对我们来说比较简单，然后我们在末端加上一小块 MATBG，事实证明这个想法很不错。”
“为了与 MATBG 接触，我们非常精细地对其进行蚀刻，就像用一把非常锋利的刀切开蛋糕的层次一样。”Joel Wang 说，“我们把新切割的 MATBG 的一侧暴露出来，然后在上面沉积与谐振器相同的铝材料，以此实现良好接触并形成铝制引线。”
他们随后将 MATBG 结构的铝制引线连接到更大的铝制微波谐振器上，并向谐振器发送微波信号测量其谐振频率的变化，进而推断出 MATBG 的动力学电感。
重大发现与意义
当研究人员把测得的电感转换为超流刚度值时，发现这个值比传统超导理论预测的要大得多。他们猜测，这个差值与 MATBG 的量子几何效应有关，也就是电子量子态之间的相互关联方式。
“与传统预期相比，我们发现超流刚度增加了十倍，而且其温度依赖性与量子几何理论的预测相符。”Miuko Tanaka 表示，“这表明量子几何效应在调控这种二维材料的超流刚度方面发挥关键作用。”
这一发现不仅为魔角石墨烯的超导性提供了新的解释框架，也为未来的材料科学研究指明了方向。随着研究的深入，科学家们开始关注如何利用量子几何的特性来设计新型超导材料。通过调节材料的结构和电子相互作用，研究者们希望能够发现更多具有特殊超导特性的材料，从而推动量子计算和其他高科技应用的发展。
此外，量子几何的影响不仅限于魔角石墨烯，其他二维材料的超导特性同样可能受到其影响。研究团队的成功测量为探索这些材料的超导性提供了新的实验工具和思路，未来可能会有更多的二维超导体被发现和研究。这种跨越传统理论的创新，正是推动科学进步的动力所在。
未来展望
这项研究部分由美国陆军研究办公室、美国国家科学基金会、美国空军科学研究办公室等部门资助。另外，哈佛大学 Philip Kim 团队和麻省理工学院 Jarillo-Herrero 的团队合作完成的关于魔角扭曲三层石墨烯（MATTG）的补充研究也发表在了同一期Nature上。
“有一整类二维超导体等待我们去探索，而目前我们也仅仅是触及了‘皮毛’。” 该论文的共同第一作者、麻省理工学院电子研究实验室的研究科学家 Joel Wang 表示。
这项突破性的研究不仅揭示了“魔角”石墨烯的超导奥秘，还为未来量子计算设备的发展提供了新的构建模块。通过开发出的新实验方法，科学家们能够进一步探索其他二维超导材料的潜力，推动量子计算技术迈向更广阔的未来。