石墨烯是一種奇怪的材料。了解其特性既是科學的一個基本問題，也是新技術的一個有希望的途徑。來自奧地利科學和技術研究所（ISTA）和魏茨曼科學研究所的一個研究小組研究了當他們將四片石墨烯相互疊加時會發生什麼，以及這如何能夠導致新形式的奇異超導性。

想像一下，一張只有一層原子厚的材料–不到百萬分之一毫米。雖然這聽起來很玄乎，但這種材料是存在的：它被稱為石墨烯，是由碳原子以蜂窩狀排列而成的。2004年首次合成，然後很快被譽為具有神奇特性的物質，科學家們仍在努力了解它。

堆疊的石墨烯層的模擬結果。該圖像描繪了所謂的貝里曲率，證實了超導性的拓撲特性。

奧地利科學技術研究所（ISTA）的博士後Areg Ghazaryan和Maksym Serbyn教授與以色列魏茨曼科學研究所的同事Tobias Holder博士和Erez Berg教授多年來一直在研究石墨烯，現在他們在3月2日發表在《物理評論B》雜誌上的一篇研究論文中發表了對其超導特性的最新發現。

ABCA堆疊中的四層石墨烯。二維蜂窩狀格子中的四片碳原子相互堆疊，每片都相對於下面的那片向左移位。頂層的移動幅度很大，其結構再次與底層對齊。

Ghazaryan解釋說：”多層石墨烯有許多有前途的品質，從廣泛的可調諧帶狀結構和特殊的光學特性到新形式的超導性–意味著能夠無阻力地傳導電流。在我們的理論模型中，我們正在繼續我們在多層石墨烯方面的工作，並且正在研究不同的石墨烯片相互之間的各種可能安排。在那裡，我們發現了創造所謂拓撲超導性的新可能性。”

在他們的研究中，研究人員在計算機上模擬了當你以某些方式將幾層石墨烯片疊加在一起時會發生什麼。

“這就像一場大型的選美比賽，在不同配置的堆疊的石墨烯片之間找到最好的一個，”Serbyn補充說。”在其中，我們正在研究在多層石墨烯中移動的電子是如何表現的。根據不同層的石墨烯如何相互移動以及有多少層，蜂窩狀晶格中的碳原子的帶正電核為它們周圍的電子創造了不同的環境。帶負電的電子被核所吸引，並被彼此排斥。我們開始研究現實的模型，只考慮一個電子與石墨烯的原子核相互作用。一旦找到一個有希望的方法，我們就增加了許多電子之間更複雜的相互作用。

通過這種方法，研究人員證實了拓撲超導性的奇特形式的發生。

研究人員Maksym Serbyn和Areg Ghazaryan

這種理論研究為未來的實驗奠定了基礎，這些實驗將在實驗室中創建模擬的石墨烯系統，觀察它們是否真的像預測的那樣表現。Ghazaryan說：”我們的工作有助於實驗者設計新的設置，而不必嘗試石墨烯層的每一種配置。現在，理論研究將繼續進行，而實驗將給我們提供來自大自然的反饋。”

雖然石墨烯已經慢慢在研究和技術中找到了應用–例如作為碳納米管–但其作為電力拓撲超導體的潛力才剛剛開始被了解。Serbyn補充說：”我們希望有一天能夠在量子力學層面上完全描述這種材料，這既是為了科學探究物質基本特性的內在價值，也是為了石墨烯的許多潛在應用。”