如果将两片石墨烯以1.1°的精确偏移堆叠并冷却到1.7K，就会发生惊人的事情：电阻率降至零。这一超导观测结果与2018年美国物理学会三月的一次会议同时发表在《自然》杂志上，引发了一阵兴奋，让人想起“伍德斯托克物理学”——1987年3月，高温铜酸盐超导体首次亮相的APS事件。
在扭曲双层石墨烯中发现超导性五年后，实验家和理论家仍在试图揭示这一现象背后的机制。最近对三层、四层甚至五层石墨烯超导性的证明提出了有趣的新可能解释。一直以来，研究人员都在尝试改进他们组装复杂碳堆的技术。
普林斯顿大学的凝聚态实验学家Ali Yazdani说：“我认为该领域的健康之处在于，有很好的问题需要破解，但每隔几个月似乎就会有一些新的结果。” 3月，数十名研究人员聚集在科罗拉多州的ASP物理中心，讨论新领域的最新工作，似乎已经定下了一个名字：莫尔量子物质。
一个惊人的发现在2004年Andre Geim和Konstantin Novoselov分离出单层石墨烯后不久，理论家们就开始思考两层石墨烯的特性，它们以较小的相对角度扭曲以产生石墨中常见的莫尔图案。几年后，由罗格斯大学的实验家Eva Andrei领导的团队使用扫描隧道光谱观察到双层石墨烯的电子能带结构似乎取决于它的扭曲。在接近1º的角度，研究人员发现了平带——一种能带结构，其中电子有效地彼此隔离，允许其他相互作用优先。2011年，时任德克萨斯大学奥斯汀分校的Allan MacDonald)和Rafi Bistritzer将其称为“魔角” ——尽管他们并未预测这会导致超导性。
麻省理工学院凝聚态实验学家Pablo Jarillo Herrero领导了2018年的这项研究，他说：“我不知道我们会发现超导性”。他和他的团队甚至在观察到扭曲的双层石墨烯像相关绝缘体一样发挥作用后，也没有料到这一点，这种状态的特性强烈依赖于温度，温度是铜氧化物等材料超导电性的前兆。“我和我的学生开玩笑说，你能想象如果我们把它涂上涂料，我们就会看到超导性吗？ ”
当然，Jarillo Herrero和他的同事确实观察到了魔角石墨烯的超导性。此外，这似乎是非常规的，也就是说，这不是在Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）超导体中发现的传统电子-声子配对的结果。除了绝缘相与其超导相相邻外，魔角石墨烯的临界温度远高于其成对电子的密度。“有人告诉我，'如果这是一个传统的超导体，它就是最不寻常的传统超导体，' ”Jarillo-Herrero说。
方法仍然难以捉摸魔角石墨烯超导性背后的机制仍然未知，尽管人们一致认为它不是BCS超导性。Yazdani、Jarillo Herrero和其他人最近的研究发现，即使分裂成对电子所需的热能极低，超导行为仍然存在。
哈佛大学凝聚态理论家Efthimios Kaxiras指出， skyrmions（一种由扭曲磁场形成的准粒子）可以通过自身形成库珀对而不是像典型BCS超导体中的电子那样诱导超导性。他还有一种预感，即声子有助于介导配对，即使它们不像BCS超导体那样是主导机制。
哥伦比亚大学专门研究拓扑量子物质的凝聚态理论家Raquel Queiroz提出了一种可能性，即能带结构的几何形状会影响其超导机制。但考虑到众多的混杂效应，拓扑连接的证据仍然遥不可及。
随着更多层的增加，魔角石墨烯的图形也变得更加复杂。堆叠三层石墨烯，每层偏移约1.5°，导致系统在约2.5K时超导。类似地，四层和五层石墨烯在以特定角度扭曲时堆叠超导。Jarillo-Herrero说：“扭曲的石墨烯不是一种超导体，这是一个超导体家族。” 这些多层石墨烯堆叠似乎不同于它们的双层对应物。一些表现出更强的超导性，而另一些具有交替扭曲角的则根本不超导。随着系统在层中增长，它的复杂性也在增加。每一层都与其他层相关，这使得问题递归复杂。
2021年，Yazdani的团队观察到，当双层魔角石墨烯的底层与其典型基底氮化硼中的原子对齐时，由于双层石墨烯的对称性被打破，它失去了超导性。“你看看其他不具有对称性的莫尔系统——我们还没有找到另一种超导体，”Yazdani说。但对称的作用仍然不明朗。基于对称性的预测表明，双层石墨烯应该类似于四层石墨烯，具有偶数层；相反，它与三层和五层石墨烯有更多共同点。
装配挑战和承诺到目前为止，组装方法并没有像发现的那样疯狂地发展。实验人员仍然使用机械剥离石墨烯薄片这种劳动密集型方法，因为它们需要比目前通过化学合成可能实现的质量更高。根据慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的凝聚态实验学家Dmitri Efetov的说法，问题在于石墨烯的分层，无论它是如何生产的。设备制造仍然是一门艺术：即使是最有经验的团队也只有大约一半的时间成功制造超导设备，而经验不足的实验室的成功率可能低于10%。
在生产用于分析的样品时，质量胜过数量。Yazdani说：“我仍然认为，如果我们把样本做得更好，这个系统将展示其他物理现象。” 他说研究分数量子霍尔效应的研究人员指出，二维电子气中的准粒子获得分数电荷的现象。这种效应只出现在超纯石墨烯样品中。
在ASP会议上，风靡一时的是“量子扭曲显微镜”，这是以色列魏茨曼科学研究所凝聚态实验家沙哈尔伊拉尼团队开发的一项新技术。在2月份的Nature论文中有详细介绍，量子扭曲显微镜结合了扫描隧道显微镜的测量能力和原子力显微镜的操作。这种组合首次允许用户在制造后调整石墨烯堆叠的角度。“就技术而言，这可能是过去几年中最引人注目的发展，”Jarillo-Herrero说。
同样在会议上，Ilani宣布对显微镜进行改进，使其能够克服以前在小角度和低温下操作时的复杂性。这项技术以0.001°的分辨率在魔角原位连续观察变化，其诱人的潜力让像Jarillo Herrero这样的研究人员感到极度兴奋。
展望未来如果魔角石墨烯只对碳鉴赏家和超导专家感兴趣，那将是一个非凡的进步。但它也引起了使用2D材料的更广泛社区的关注。堆叠过渡金属二硫化物（例如二硒化钨）的研究人员从魔角石墨烯中获得灵感，以研究小扭曲角的样品。模拟方法也已进入光子学领域，其中硅晶体的扭曲已被用来减缓光速。
与超导凝聚态研究的其他领域不同，魔角石墨烯尽管令人兴奋，但一直相对没有丑闻。Jarillo-Herrero将此归因于石墨烯研究的开放性。
Kaxiras说，理论和实验在解开魔角石墨烯的奥秘方面也有着不同寻常的紧密联系。无论是从可能的应用方面，还是从预测有趣行为的理论挑战来看，这都非常令人兴奋，这是一个完美的系统。
