石墨烯因其优异的电学、机械和热学性能，自发现以来便备受学术界和工业界的关注。经过20多年的研究与发展，石墨烯仍然是人们关注的明星材料。

特别是进入2025年5月以来，Nature、Science已连续报道了3篇石墨烯材料的研究进展，今天小丰带你一起了解下都有哪些新成果吧~

Science 石墨烯中两个电子相干碰撞，为量子信息处理提供新突破！

2025年5月1日，期刊Science报道研究人员设计并制备了一种基于石墨烯的Mach-Zehnder干涉仪，通过动态电子激发实现了电子之间的相干碰撞。这一研究突破了传统材料中的局限，成功演示了两电子在光束分离器处的相干碰撞，并利用HOM干涉现象揭示了电子波函数的不可区分部分和可区分部分之间的互补性。

研究人员通过精确控制电压脉冲和时间延迟，能够同步生成单个电子波包并实现其干涉操作。此项技术利用石墨烯的优异性质，使得即使在2K的温度和1 mV的电压下，电子的量子干涉现象依然保持良好，展示了石墨烯在量子信息处理中的巨大潜力。

此外，该团队通过对碰撞后的噪声进行测量，揭示了电子碰撞过程中不同物理现象的干涉效应，特别是在电子-空穴对的干涉中观察到的Aharonov-Bohm振荡，成功展示了量子态断层扫描的结果，进一步证明了石墨烯在飞行量子比特技术中的应用前景。

这一进展不仅为电子量子光学提供了新的实验平台，也为未来基于石墨烯的量子计算设备设计提供了理论依据和技术支持。

文献名称：Electron collision in a two-path graphene interferometer

Nature 自旋-轨道耦合双层石墨烯中的转角可编程超导性

在近晶格匹配的范德华材料中，层间相对转角对于莫尔平带相关的涌现现象至关重要。然而，角度旋转控制的概念并不局限于电子直接感受转角依赖周期势的莫尔超晶格。实际上，这种调控手段还能用于诱导可编程的对称性破缺扰动，从而实现目标关联态的稳定。

2025年5月7日，期刊Nature报道研究人员通过实验证明了在二硒化钨（WSe2）近邻效应作用下的伯纳尔双层石墨烯（BLG）中，超导性与其他关联序的"无莫尔"转角调控。两材料间的精确对准可系统调控诱导伊辛自旋-轨道耦合（SOC）的强度，从而深刻改变体系相图。随着伊辛SOC增强，超导相变在更高位移场下发生，且临界温度最高可达0.5K。

在主超导穹顶内的强伊辛SOC区域，发现了一种不寻常的相变，其特征是三角弯曲费米口袋间空穴的向列性重分布，并且增强了对面内磁场的恢复力。理论分析表明这种超导行为与对称性破缺费米口袋间的带间相互作用主导机制相符。此外，还确定了两个额外的超导区域，其中一个源自谷间相干正常态，其泡利极限违反比超过40，在所有已知超导体中是最高的。

这项研究发现不仅深化了对超洁净石墨烯超导体的理解，更凸显了"无莫尔"转角工程在各类范德华异质结中的广泛应用潜力。

文献名称：Twist-programmable superconductivity in spin–orbit-coupled bilayer graphene.

Nature 自旋-轨道耦合三层石墨烯中的超导性与自旋倾斜

石墨烯和过渡金属硫族化合物（TMD）平带体系显示出相似的相图，均包含磁性和超导相。一个长期存在的问题是：磁序究竟是与超导性竞争，还是促进了电子配对？例如，最近对Bernal双层石墨烯的研究表明，在增强的自旋-轨道耦合作用下，超导态的相干区域和临界温度Tc显著提升，但其微观机制尚不明确。

2025年5月7日，期刊Nature报道研究人员通过衬底邻近效应在菱面体堆叠三层石墨烯（Rhombohedral trilayer graphene, RTG）中引入SOC，在电子型和空穴型掺杂区间均观测到新的超导相区，其最高临界温度（Tc≈300mK）达到六方氮化硼封装RTG体系的三倍。

借助局域磁测量技术，发现超导相存在于两个磁性态的相变边界：一侧是具有面内磁矩分量的自旋倾斜态，另一侧则是完全自旋-能谷锁定的状态。这一相变在Hartree-Fock计算中得到重现，其驱动力源于自旋-轨道耦合与载流子密度调控的Hund相互作用之间的竞争。实验表明，自旋-轨道耦合对超导性的增强机制源于自旋倾斜角的定量改变，而非基态对称性的转变。

该结果与近期提出的超导增强机制相吻合，该理论认为自旋倾斜序的涨落对电子配对相互作用具有促进作用。 

文献名称：Superconductivity and spin canting in spin-orbit-coupled trilayer graphene.

2024年10月，Science曾发表了一篇以题为“Graphene, beyond lab benches”的评述论文，文章聚焦石墨烯这一前沿材料在实验室之外的应用现状及未来发展方向。

文章中提到，当前石墨烯的潜在应用已转向那些能够容忍结构缺陷但仍能受益于石墨烯衍生物强度和轻质特性的领域，如复合材料、涂层和增强材料。2024及以后，石墨烯的研究与商业化成果主要集中在如下几个方向：

• 石墨烯衍生物的可规模化生产

• 可控厚度的石墨烯衍生物自支撑薄膜，在传统材料上直接生长石墨烯薄膜

• 电池，混凝土，超级电容器，阻燃材料，电磁屏蔽，

• 气体传感器，可穿戴电子设备，光电探测器，光学调制器，太赫兹波探测器

• 治疗用途，航空航天结构组件，与硅兼容的互补金属氧化物半导体技术

  
  

作者认为，有关石墨烯的应用学术界和工业界的需求之间仍存在较大差距，需要更紧密的合作来缩小这一差距。

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