在传统的导电材料如银和铜中，电流以不同程度的电阻流动，并以单个电子的形式流出，从而消除缺陷，并随缺陷带走能量。相比之下，超导体以其卓越的无电阻导电性而得名。它们由电子配对，作为一个整体无摩擦地运动。

现在，麻省理工学院的物理学家发现，当石墨烯与两种超导材料紧密接触时，它们可以继承这些材料的一些超导特性。因为石墨烯夹在超导体之间，所以即使在它的中心，它的电子状态也会发生显著变化。

研究人员发现，石墨烯的电子曾经以单个散射粒子的形式出现，在“安德雷耶夫状态”下配对——这是一种基本的电子配置，允许传统的非超导材料携带“超级电流”，这是一种不消耗能量的电流。

他们的研究成果发表在《自然物理学》上，这是igor andreev首次研究了石墨烯等二维材料中超导性的邻近效应。

在路上，研究人员的石墨烯平台可用于探索外来粒子，如Majorana费米子，这些粒子被认为是由安德雷耶夫态产生的，可能是构建强大且防错的量子计算机的关键粒子。

“在凝聚态物理领域，人们正在努力寻找奇怪的量子电子态，”第一作者兰德里布雷索说，他是麻省理工学院物理系的博士后。“特别是，被称为Majorana费米子的新粒子有望出现在与超导电极相连并暴露在大磁场中的石墨烯中。我们的实验非常有希望，因为我们正在统一它的一些组成部分。”

《兰德里的麻省理工学院》由博士后Joel I-Jan Wang、客座学生Riccardo Pisoni、物理学副教授Pablo Jarillo-赫雷罗和日本国家材料科学研究所的Watjiabe和谷口高史合著。

邻近效应

1962年，英国物理学家布莱恩大卫约瑟夫森预言，两个中间夹着非超导层的超导体可以在没有任何外部电压的情况下保持电子对的超大电流。

一般来说，与约瑟夫森效应相关的超大电流在很多实验中都有测量。然而，igor andreev声称——被认为是超级电流的微观成分——它只能在少数系统中观察到，比如银线，而不是二维材料。

Bretheau，Wang和Jarillo-赫雷罗通过使用石墨烯(一种互联的超薄碳原子片)作为非超导材料解决了这个问题。正如Bretheau解释的那样，石墨烯是一个极其“干净”的系统，几乎没有电子散射。石墨烯的扩展原子构型也使科学家能够测量材料与超导体接触时石墨烯的电子安德雷耶夫状态。科学家还可以控制石墨烯中的电子密度，并研究它如何影响超导邻近效应。

研究人员从一大块只有几百纳米宽的石墨上剥离一层非常薄的石墨烯片，放在一个覆盖着氮化硼晶体的小平台上，上面覆盖着一块石墨。在石墨烯片的两端，它们被放置在一个由铝制成的电极上，铝在低温下表现为超导体。然后，他们将整个结构放入稀释冰箱中，并将温度降至20毫克尔——完全在铝的超导范围内。

一种“抑郁”的状态。

在他们的实验中，研究人员通过对整个结构施加一个变化的磁场来改变超导体之间流动的超级电流的大小。他们还直接向石墨烯施加外部电压，以改变材料中的电子数量。

在这些变化的条件下，研究小组测量了石墨烯状态的电子密度，同时薄片与两个铝超导体接触。利用隧道光谱技术，一种测量导电样品中电子态密度的常用技术，研究人员可以探测石墨烯的中心区域，看看超导体是否有任何影响，即使是在它们没有物理接触石墨烯的区域。

测量结果表明，石墨烯的电子通常以单个粒子的形式配对，但在“受抑”构型中，能量取决于磁场。

Bretheau说：“超导体中的电子和谐地成对跳舞，就像芭蕾舞一样，但左超导体和右超导体的编舞可能不同。“当他们试图满足这两种舞蹈风格时，石墨烯中央的这对令人沮丧。这些令人沮丧的配对是物理学家伊戈尔安德烈夫所说的；它们携带着超强的电流。”

布雷谢乌和王发现伊戈尔安德烈耶夫在变化的磁场中改变了他们的能量。当石墨烯具有更高的电子密度并且电极之间存在更强的超强电流时，安德雷耶夫状态更加明显。

“超导体实际上为石墨烯提供了一些超导特性，”Bretheau说。"我们发现这些电子受超导体的影响很大."

尽管研究人员在低磁场下进行了实验，但他们表示，他们的平台可能是探索更奇异的Majorana费米子的起点，这些费米子应该出现在高磁场下。

Bretheau说：“一些人提出了如何利用Majorana费米子来构建强大的量子计算机。“这些粒子可能是拓扑量子计算机的基本组成部分，并且具有很强的防错能力。我们的工作是朝着这个方向迈出的第一步。”

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