德克薩斯大學達拉斯分校的科學家和他們在俄亥俄州立大學的合作夥伴發現了一種新的機制，在一種電子速度幾乎為零的材料中產生了超導性。這一突破可能為新型超導體的開發鋪平道路。

這項新的研究對具有近乎”凍結”電子的材料中如何產生超導性提供了重要的見解。

他們的研究結果最近發表在《自然》雜誌上，描述了一種計算電子速度的新方法。這項研究也代表了第一個例子，即量子幾何被認為是任何材料中超導性的主要貢獻機制。

研究人員研究的材料是扭曲的雙層石墨烯。石墨烯是一個單層的碳原子，以蜂窩狀的方式定期排列。在扭曲的雙層石墨烯中，兩片石墨烯以輕微的角度扭曲堆疊在彼此的頂部。達拉斯大學自然科學和數學學院的物理學副教授、該研究的作者張帆博士說，原則上，在某個”神奇”的扭曲角度，材料中電子的速度接近零。理論物理學家張和他的合作者之前發表了一篇關於此類系統的獨特物理特性的評論文章。

張說：”在傳統金屬中，電子的平均速度負責導電性，而在超導體中，電子配對成庫珀對均勻流動，沒有阻力或耗散。相比之下，在扭曲的雙層石墨烯中，電子的移動速度非常非常慢，速度接近於零。但這產生了一個悖論：這些緩慢的電子如何能夠導電，更不用說超導了，超導性必須來自其他東西。我們確定它產生於量子幾何學。”

這項新的研究為超導性如何在具有幾乎”凍結”電子的材料中產生提供了重要的見解。

由物理學教授和研究報告作者Marc Bockrath博士、Jeanie Lau博士和Mohit Randeria博士領導的俄亥俄州的研究人員製造了一個魔角扭曲的雙層石墨烯裝置，並能夠測量其電子的速度。凝聚態物理學家利用施溫格效應，即在電場存在的情況下自發產生電子-正電子對，來測量材料中電子的速度及其對超導性的貢獻。這些發現標誌著首次在任何超導體中看到了施溫格效應，這是一種在相對論粒子物理學中預測但尚未觀察到的現象。

“事實證明，該速度是迄今為止所有石墨烯系統中最慢的。令人驚訝的是，超導性仍然可以產生，”理論組的物理學博士生、文章作者之一徐天一說。”弄清楚如何測量電子速度很重要，因為確定速度是一個關鍵步驟，使我們能夠計算出它對超導的貢獻。事實證明，這個貢獻是很小的。”

實驗測量和理論分析表明，對超導性的主導貢獻反而來自於量子幾何學，它類似於普通幾何學，但源自於量子多體物理學。

“考慮一下我們正常的三維空間中的一個氣球。它的所有幾何特性都可以由度量和定義在其表面上的曲率決定，”前研究生和文章的作者Patrick Cheung表示。”量子電子所處的空間也是如此。在這個所謂的希爾伯特空間中，量子幾何可以產生令人難以置信的材料特性和應用，例如本研究中討論的超導性和智能量子傳感，我們在以前的工作中證明了這一點。”

由量子幾何學促成的超導性是一種非常規的機制。新的發現可以成為發現和設計新的超導體的基礎，這些超導體在更高的溫度下發揮作用，而不是在環境壓力下工作在150開爾文（-123攝氏度或-190華氏度）以下。

在室溫下工作的高溫超導體，長期以來一直是凝聚態物質和材料物理學的聖杯。如果它能夠被開發出來，我們的生活和社會將被完全重塑，因為，例如，我們可以更有效地運輸電力，以更低的成本運行磁懸浮列車。