一、【科学背景】
超导是凝聚态物理学里程碑式的发现之一。近十年来，石墨烯基莫尔异质结（魔角扭转双层、转角双层/多层、菱面体堆叠多层等）已成为非常规超导的重要实验平台。超导可在极宽的器件构型中出现，从双层到超过十层的多层体系，涵盖hBN衬底、WSe2衬底以及双门控厚度可调等多种构型，且许多体系展现出非常规配对的迹象，如面内临界场违背Pauli极限、自旋轨道耦合调控超导等。与此同时，在过去四十年间，大量准二维超导体中反复出现一个令人困惑的现象：非晶合金薄膜、铜氧化物、范德华材料以及周期性超导阵列等材料在低温下电阻并不降为零，而是趋于一个有限值——这被称为“反常金属”或“玻色金属”。其可能的解释包括库珀对虽已形成但未建立长程相位相干性，或未凝聚库珀对的耗散流体。然而，稳定这种“玻色金属”相所需的微观条件仍存在争议，并且对于这些体系中支撑反常金属现象学的微观机制尚未达成共识。因此，亟需一个超洁净、高度可调且可重复的平台，以逐一排除外在解释并对微观模型施加强约束。
二、【创新成果】
基于此，美国华盛顿大学Matthew Yankowitz教授联合加拿大不列颠哥伦比亚大学温哥华校区Joshua Folk教授，在Nature上发表了题为“Anomalous metal and superconducting phases in rhombohedral graphene”的论文，报道了在八层菱面体石墨烯/WSe2双门控器件中，超洁净、高度可调的平台上同时观测到零电阻超导（SC）相与电阻趋于有限值的“反常金属”（AM）相在门压空间中相邻共存。二者的临界温度相近（约100 mK），但垂直临界场相差约一个数量级（SC约为4 mT，AM约为300 mT），面内临界场相差约4倍。AM相表现出非单调的电流依赖性——在部分栅压区间，增大电流先使微分电阻下降乃至恢复零电阻态，随后再进入正常态，且不遵循标准的BKT相变。最后，本研究通过系统的对照实验排除了接触电阻、颗粒渗流等外在解释，将长期争论的“玻色金属”起源问题压缩到“零场可动涡旋”与“涨落库珀对流体”两类微观图像之间，为二维超导基态研究提供了全新的可控平台。超洁净菱面体石墨烯的可调性和可重复性对外在解释施加了强有力的约束，并为理解这一行为提供了新的平台。
三、【图文解析】
图1 零磁场下的SC口袋与AM口袋 © 2026 Springer Nature
图2 面内磁场和温度下的演化 © 2026 Springer Nature
图3 AM的非单调电流依赖性 © 2026 Springer Nature
图4 SC与AM的不同磁场尺度 © 2026 Springer Nature
四、【科学启迪】
综上，本研究在超洁净、可重复的八层菱面体石墨烯/WSe2双门控体系中，观测到零电阻超导与有限电阻饱和的反常金属两相在栅极空间中相邻共存，并系统绘制了温度—垂直磁场—面内磁场—电流四维相图。研究表明，两相临界温度相近（约100 mK），但垂直临界场相差约一个数量级，面内临界场相差约4倍，且AM相表现出非单调的电流依赖性。关键在于，SC符合标准的BKT转变，而AM在宽参数范围内不存在清晰的BKT相变。通过多接触对测量、硅栅调谐以及第二器件复现等对照实验，研究者排除了接触电阻与颗粒渗流等外在解释，将“玻色金属”问题压缩到“可动涡旋”与“涨落库珀对流体”两类微观图像之间。然而，直流输运本身无法区分上述两种微观机制，且邻近自旋轨道耦合的具体作用仍仅基于反演位移场的初步证据。因此，未来需借助超流刚度、配对能隙谱等互补探针来判决机制，并通过调控位移场与自旋轨道耦合强度，系统检验两种图像的预言。
原文详情：Anomalous metal and superconducting phases in rhombohedral graphene (Nature 2026, 10.1038/s41586-026-11033-1)
本文由大兵哥供稿。
