2月25日，东京大学（University of Tokyo）在碳化硅半导体晶体衬底表面生产出具有单原子层的石墨烯，然后在其上蒸镀钙（Ca）以冷却样品。发现它具有超导性。

该成果由东京大学研究生院物理学教授远山良太、远藤雄大助理教授（研究时）、长谷川修二教授共同完成。东京大学固体物理研究所技术人员一仓诚助理教授、平原彻副教授、小森文雄教授（研究时）组成的团队。详细信息发表在学术期刊“ACS Nano”上，该期刊总体上涉及纳米科学和纳米技术。

石墨烯是一种厚度为一个原子的片状物质，具有电子比硅等普通半导体中的电子移动得更快的特性。因此，研究小组决定利用石墨烯的特性，尝试通过在石墨烯中诱导超导性来阐明其机理。

作为在石墨烯中诱导超导性的一种手段，研究团队在之前的研究中曾报道，在 SiC 半导体晶体衬底上生长的两层石墨烯中插入 Ca 原子会导致超导性。超导与原子插入后石墨烯的层间距离、插入原子的排列密度和化合价等有关，到目前为止，仅报道了成功满足它们的Ca原子插入。 Ca原子被插入，导致超导的电子状态是什么。

在这项研究中，通过在最薄的“单原子层”石墨烯上沉积 Ca 原子，然后对其进行加热，证实了超导性。到目前为止，人们认为至少需要两层石墨烯才能获得在石墨烯层之间插入金属原子的结构，但在像这次这样的 SiC 衬底上的单层石墨烯的情况下，在界面处。由于原子结构的变化，即使是一层石墨烯最初也变成了两层石墨烯，并且在两层石墨烯的层间插入Ca原子以产生超导性。研究团队解释说，已经发现石墨烯与衬底之间的界面发挥了重要作用，这揭示了“嵌钙超导石墨烯”的原子和电子结构的整体图景，这在以前是不清楚的。

一般而言，产生超导性需要许多电子，但在该系统中，除了插入的 Ca 原子提供的电子外，电子还从石墨烯和 SiC 衬底之间的界面转移到石墨烯。提供的，并且迄今为止尚未注意到的界面效应被发现在该系统中的超导性表达中很重要。

此外，在假设自由电子行为的传统超导理论的 BCS 理论中，超导转变温度随着物质的电导率增加而单调上升，但在该系统中，电导率单调上升。观察到一种传统理论无法解释的特殊行为，即当温度升高时，超导转变温度会在某个点降低。

研究小组表明，这种特殊行为可能涉及一种称为“范-霍夫奇点”的特殊电子结构。电子态被预测具有各种奇特的性质，并且预测它可能会引起“非常规的超导性”，一直有待论证，而这个结果就是嵌钙石墨烯的超导性。可以说这是一个实验证明，其中有特殊性。

关于这项研究的成果，研究团队找到了探索具有更高超导转变温度的新型石墨烯超导体的具体指导方针，并在石墨烯中向非常规超导方向迈进，除了为探索铺路外，也为能源的发展做出了贡献。 -利用能够在下一代材料SiC衬底上构建石墨烯二维超导芯片的优势，节省新型高速原子层器件，也有望实现。