一、【科学背景】
在凝聚态物理的研究领域中，石墨烯和过渡金属二硫族化合物的平带系统一直备受关注，它们呈现出极为相似的相图，其中涵盖了磁性与超导等多种独特的物质状态。但长期以来，科学界始终对磁有序与超导性之间的关系困惑不解：二者究竟是针锋相对的“竞争者”，还是协同合作的“伙伴”？以伯纳尔双层石墨烯的研究为例，科学家发现，当增强其自旋-轨道耦合后，超导态的观测畴显著扩大，临界温度也大幅提升，然而背后的作用机制却迷雾重重。
二、【创新成果】
美国加州大学圣巴巴拉分校Andrea F. Young团队对自旋轨道耦合三层石墨烯的超导性与自旋倾斜展开研究。该研究发现，通过衬底邻近效应在菱面体三层石墨烯（RTG）中引入自旋轨道耦合，能为电子和空穴掺杂产生新超导区域，最大临界温度Tc约为300 mK，是六方氮化硼封装RTG的三倍。借助局域磁测，团队观察到超导性跨越自旋倾斜态和完全自旋谷锁定态的转变，这一转变在Hartree-Fock计算中也得到验证，其由自旋轨道耦合与载流子密度调谐的洪德相互作用竞争驱动。实验表明，自旋轨道耦合增强超导性源于倾斜角定量变化，而非基态对称性变化，这与近期提出的自旋倾斜顺序波动助益配对相互作用的超导增强机制相符。相关研究成果已在权威科学期刊《Nature》上发表，题为“Superconductivity and spin canting in spin–orbit-coupled trilayer graphene”。
图1 Wse2支撑的RTG中的超导性 © 2025 Springer Nature Limited
图2 Wse2支撑的RTG中的磁性 © 2025 Springer Nature Limited
图3 自洽的Hartree-Fock计算结果 © 2025 Springer Nature Limited
图4 自旋倾斜与超导性的相互作用 © 2025 Springer Nature Limited
三、【科学启迪】
这项研究工作聚焦于菱面体三层石墨烯，通过巧妙利用衬底邻近效应引入自旋-轨道耦合，成功为电子和空穴掺杂创造了全新的超导区域。研究团队揭示了超导性与特殊量子态转变之间的紧密联系。最终实验证实，自旋-轨道耦合增强超导性的关键在于自旋倾斜角的定量变化，而非基态对称性的改变，这一发现与近期提出的超导增强机制不谋而合，有力地推动了超导领域的理论发展，为后续相关研究指明了新的方向。
原文信息：Patterson, C.L., Sheekey, O.I., Arp, T.B. et al. Superconductivity and spin canting in spin–orbit-coupled trilayer graphene. Nature (2025).
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08863-w
