MITの物理学者らは、マジックアングルねじれ三層グラフェンにおける非従来型超伝導の直接的な証拠を観察し、特徴的なV字型のエネルギーギャップを明らかにした。この画期的な発見は、格子振動ではなく強い相互作用によって駆動される電子対を提案する。Scienceに掲載されたこれらの結果は、室温超伝導体への道を開く可能性がある。
超伝導体は抵抗なしに電流を流すことができ、MRIスキャナーや粒子加速器などの技術を駆動する。しかし、従来のものは極低温を必要とし、使用が制限される。研究者らは、より暖かい条件下で動作する可能性のある非従来型材料を探しており、エネルギーグリッドや量子コンピュータを革命化する可能性がある。
重要な進展として、MITの物理学者らは、マジックアングルねじれ三層グラフェン（MATTG）を研究した。これは、原子薄のグラフェンシートを3枚、精密な角度で積層して作られる。この構成は材料の特性を変え、量子効果を促進する。以前の研究ではMATTGでの非従来型超伝導を示唆していたが、新しい研究はこれまでで最も明確な確認を提供する。
チームは超伝導ギャップを測定し、超伝導状態の強さを示す。従来の超伝導体では滑らかで平坦なギャップが一般的だが、MATTGのギャップは鋭いV字型を形成し、異なるメカニズムを示す。「超伝導ギャップは、室温超伝導体のようなものが最終的に人類社会に利益をもたらすようなメカニズムのヒントを与えてくれる」と、副主著者のShuwen Sun（MIT物理学科の大学院生）は語る。
トンネル分光法と電気伝輸測定を組み合わせた新しい装置を使って、研究者らはギャップが抵抗ゼロでのみ現れることを確認し、これは超伝導の特徴である。温度や磁場が変化してもV字型は持続し、分子のように強く結合した電子対を示す。
「従来の超伝導体では、これらの対の電子は互いに遠く離れており、弱く結合している」と、副主著者のJeong Min Park（PhD '24）は説明する。「しかし、マジックアングルグラフェンでは、これらの対が分子のように非常に強く結合している兆候をすでに観察できた。」
この対は、原子振動ではなく強い電子間相互作用から生じている可能性が高い。この発見は、主任著者Pablo Jarillo-Herreroのグループによる2018年の実験に基づき、ねじれ超薄材料を探求するtwistronics分野を立ち上げた。
「一つの非従来型超伝導体をよく理解することは、他のものへの理解を促すかもしれない」と、Jarillo-Herrero（MITのCecil and Ida Green物理学教授）は言う。「この理解は、例えば室温で動作する超伝導体の設計を導く可能性があり、これは分野全体の聖杯のようなものだ。」
チームは、この手法を他の2D材料に適用する計画で、新しい量子相を発見し、効率的な電力システムや量子コンピューティングなどの技術を進展させることを目指す。研究はScienceに掲載（DOI: 10.1126/science.adv8376）。