你见过既能导电又能绝缘的矛盾体吗？

这张照片来自麻省理工学院

石墨烯是一种“神奇的材料”，可以表现出两种极端的电学性质。麻省理工学院和哈佛大学的研究人员发现，它既可以用作绝缘体(电荷不能穿过材料)，也可以用作超导体(电子可以毫无阻碍地穿过材料，电阻为零)。

2004年，英国曼彻斯特的科学家首次制造出石墨烯。此后，科学家们相继发现石墨烯具有令人震惊的特性。石墨烯是人类已知的最薄的材料，大约是一层蜂窝状碳原子。它极其轻便灵活，单层重量仅为每平方米0.77毫克。但与此同时，它比钢要坚硬一百倍。一只大象站在铅笔上刺破一层塑料包裹的石墨烯。此外，它的导电性远远好于铜，所以许多人认为它将是未来“超级电子产品”的支柱。

此前，科学家通过用石墨烯掺杂超导体金属来合成石墨烯超导体——这样，石墨烯将“继承”超导体的特性。现在，麻省理工学院的物理学副教授巴勃罗·贾里洛-赫雷罗发现了一种新方法，可以自己制造石墨烯超导体。

我们用“能带”来描述材料的导电性。每个能带代表电子可以拥有的能量范围。能带之间有一个“能隙”。如果你想跳过能隙，电子需要额外的能量。完全被电子占据的能带是“全带”，全带中的电子不导电。被电子部分占据的能带是电子传导电流的“导带”。所谓的绝缘体意味着所有的电子都停留在全波段。导体是部分被电子占据的能带。

然而，“莫特绝缘体”是一种奇怪的材料。从它的能带结构来看，它应该是导电的，但它是绝缘体。它是绝缘的，因为电子之间有很强的静电相互作用。结果，所有的电子都被阻挡，不能流动。莫特绝缘体非常重要，它是大多数高温超导体的母体化合物。

这一次，研究人员发现，通过将两层石墨烯堆叠在一起，并将它们旋转1.1度，它将显示出类似于莫特绝缘体的绝缘效果——不管动量如何，所有电子都携带相同的能量。然而，当研究人员向它施加电压并添加少量电子时，神奇的事情又发生了。在一定程度上，电子打破绝缘，毫无阻力地流动，就好像它们是超导体一样。

今天，科学家可以利用石墨烯探索非常规超导性。我们甚至可以想象石墨烯被制成超导晶体管——按下开关，超导和绝缘性能就可以转换。这为量子器件提供了许多可能性。