菱形石墨烯中磁场增强型超导材料家族

某些非常规超导体除了破坏规范对称性外，还会破坏时间反演对称性，从而产生一种奇特现象：外加磁场非但不会压制超导，反而能增强甚至诱导超导态。但这类“磁场增强型超导体”通常对外来杂质极为敏感，远不如传统BCS超导体稳定。本研究选用高质量、可电场调控的菱面体多层石墨烯（特别是四层和五层结构）作为实验平台，通过输运测量，在五层样品中首次系统观测到三种不同类型的磁场增强/诱导超导态。这些超导态在高达8.5特斯拉的平行磁场下依然稳定存在，强度远超常规理论预测的“泡利极限”数十倍。与此前仅在平行磁场下表现出增强效应的Bernal双层石墨烯不同，五层菱面体石墨烯的超导态既可被垂直磁场也可被平行磁场增强；而且因其能带更平缓，所需栅极电压更低，实验操控更简便。此外，研究人员还发现，通过邻近效应引入自旋轨道耦合（SOC），可在不增加无序散射的前提下，进一步催生多种全新超导态。这项工作确立了一类全新的“磁场助推型超导体”，并借助石墨烯本征的超高晶体质量与易调控特性，为在极端纯净条件下、通过界面工程实现具有拓扑性质的量子态（进而孕育可用于拓扑量子计算的非阿贝尔准粒子）铺平了道路。