在康奈尔大学的实验室里，科学家们偶然发现了一种材料，它的行为仿佛其中同时共存着两个截然相反的电子世界。这里说的是菱面体六层石墨烯——六层碳以重复的错位图案堆叠而成。研究人员没有去研究扭转的层，而是得到了一叠平整的堆叠，而正是它揭示了意想不到的量子相。
石墨烯早已因其强度和导电性而闻名，但当各层以特定方式堆叠时，电子之间的相互作用会变得强得多。在六层版本中，在特定的载流子密度和外加电场下，会出现一种电子与空穴共存且强关联的状态。这就像一群人，每个人都影响着邻居的行动，而不是各行其是。
测量结果显示电阻消失——这是超导性的标志——以及表明轨道磁性的反常霍尔效应。两个超导态恰恰出现在电子与空穴相交的地方。看来，它们的相互作用在这些相的形成中起着关键作用，而这在五层石墨烯中未曾观察到。
该器件被置于氮化硼层之间，并通过栅极电场进行调控。通过改变温度、磁场和载流子浓度，团队绘制出了详细的相图。图上清晰地显示出由相互作用引起的绝缘体、超导区域以及两种轨道磁性。研究结果发表在《Nature Physics》上。
这一发现不仅对基础物理学很重要。理解电子与空穴的相互作用如何在没有传统机制的情况下产生超导性，可能有助于推动在更高温度下工作的材料的研制。这类材料将可用于量子计算机、节能传输线路和新型传感器。
目前，研究人员正在深入探究轨道磁性的本质。他们正在检验一个假说：一部分载流子形成类晶体结构，而其余载流子则保持类液态。这些问题超出了当前工作的范围，但现在已经清楚：六层石墨烯已成为研究量子关联的新平台。
这一偶然发现再次提醒人们，在二维材料的世界里，只要改变层数或它们的相互排列方式，习以为常的性质就会变成某种全新的东西。
