在康乃爾大學的實驗室裡，科學家偶然發現了一種材料，其行為彷彿其中同時共存著兩個截然相反的電子世界。這裡說的是菱面體六層石墨烯——六層碳以重複圖案錯位堆疊而成。研究人員沒有去研究扭轉層，而是得到了一疊平整的堆疊，而正是它揭示了意想不到的量子相。
石墨烯早已以其強度和導電性聞名，但當各層以特定方式堆疊時，電子之間的相互作用會強得多。在六層版本中，在特定的載流子密度和外加電場下，會出現一種電子與電洞共存並強烈關聯的狀態。這就像一群人，每個人都影響著鄰居的移動，而不只是各行其是。
測量顯示電阻消失——這是超導性的標誌——以及異常霍爾效應，指向軌道磁性。兩個超導態恰恰出現在電子與電洞交會之處。看來它們的相互作用在這些相的形成中起著關鍵作用，而這在五層石墨烯中未曾觀察到。
該元件被置於氮化硼層之間，並由閘極電場調控。透過改變溫度、磁場和載流子濃度，團隊繪製出了詳細的相圖。圖上清晰可見由相互作用引起的絕緣體、超導區域以及兩種類型的軌道磁性。研究成果發表在《Nature Physics》上。
這一發現的重要性不僅在於基礎物理學。理解電子與電洞的相互作用如何在不依賴傳統機制的情況下產生超導性，可能有助於接近製造出在更高溫度下工作的材料。這類材料將可用於量子電腦、節能傳輸線和新型感測器。
目前研究人員正深入探究軌道磁性的本質。他們正在檢驗這樣一個假設：部分載流子形成類晶體結構，而其餘的則保持類液體狀態。這些問題超出了當前工作的範圍，但現在已經清楚：六層石墨烯已成為研究量子關聯的新平台。
這一偶然發現再次提醒人們，在二維材料的世界裡，只要改變層數或它們的相互排列，習以為常的性質就會變成某種全新的東西。
