在二維納米器件中，基于電場效應獲得超導性是納米電子學的夢想。
早在2018年3月，麻省理工學院PabloJarillo-Herrero課題組（曹原）在~1.1°魔角扭曲的雙層石墨烯中發現新的電子態，可以簡單實現絕緣體到超導體的轉變，打開了非常規超導體研究的大門。這個全新的發現，把石墨烯推向了新的發展高度，研究結果以背靠背的方式在線發表于Nature，一時引起轟動，魔角石墨烯風靡全球。
然而，魔角石墨烯目前還存在一個重要問題，那就是特定的旋轉角度使得整個材料的制備非常難，材料也不夠穩定，為未來發展帶來了很多不可確定性。
菱面石墨烯，為石墨烯超導帶了更多可能。
2021年9月1日，加州大學圣巴巴拉分校Andrea F. Young課題組連續在Nature背靠背發表2篇論文，報道了他們在菱面三層石墨烯發現超導的最新突破。值得一提的是，兩篇論文的第一作者都是中國留學生Haoxin Zhou（目前正在UCSB Andrea F. Young課題組攻讀研究生學位，暫不清楚是博士研究生還是碩士研究生），其中一篇文章的共同第一作者為Tian Xie。
作者認為，無論是魔角雙層石墨烯，魔角三層石墨烯，還是菱面三層石墨烯，在其中發現的超導性，具有相同的本征機制。
在第一篇論文中，研究團隊在菱面三層石墨烯中發現超導性。材料會在低于開爾文溫度下表現為低電阻率或消失電阻率，超導發生在兩個不同的柵極調諧區（SC1 和 SC2），符合由平均自由程和超導相干長度之比的定義。通過量子振蕩對正常狀態費米表面的映射表明，兩個超導體都從環形費米海中出現。SC1 從順磁正常狀態出現，而 SC2 從自旋極化、谷非極化的半金屬狀態出現，并且打破了面內磁場的泡利極限至少一個數量級。
在第二篇論文中，作者在菱面三層石墨烯中發現“半金屬”和“四分之一金屬”。研究表明，菱面三層石墨烯中，柵極調諧的范霍夫奇點將電子系統的自發鐵磁極化驅動為一種或多種自旋和谷型。通過電容和傳輸測量，研究人員觀察到相之間的一系列密度和電子位移場調諧躍遷，其中量子振蕩具有四倍、兩倍或一倍的簡并性，分別對應正常金屬、“半金屬”，以及 “四分之一金屬”。通過孔填充，研究人員觀察到更豐富的相圖，在費米表面拓撲結構中對稱性破缺和躍遷之間存在微妙的相互作用。通過使用扭角對齊的六方氮化硼襯底引入莫爾超晶格等進一步研究表明，菱面三層石墨烯是控制良好的多體理論測試的理想平臺，并揭示了莫爾材料中的磁性本質上是流動的。
參考文獻：
HaoxinZhou et al. Superconductivity in rhombohedral trilayer graphene. Nature 2021.
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03926-0
HaoxinZhou, Tian Xie et al. Half and quarter metals in rhombohedral trilayer graphene.Nature 2021.
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03938-w
值得一提的是，加州大學圣巴巴拉分校Andrea F. Young課題組也是石墨烯領域當前最活躍的課題組之一。這位小哥哥年紀不大，名氣卻不小。現在也就30多歲，已經發表了10多篇Science和Nature。
2012年博士畢業后，Andrea F. Young來到MIT做研究員的時候，還與Pablo Jarillo-Herrero課題組多次合作研究過單層、雙層、三層石墨烯的各種性質。就在魔角石墨烯超導問世后的一個月，2018年4月7日，Andrea F. Young也在Science發表了關于魔角扭曲雙層石墨烯的突破性工作。隨后，他的工作重心也轉移到扭曲角度的雙層石墨烯上來，發表了大量工作，一發不可收拾！
