在不到20年前，Konstantin Novoselov和Andre Geim首次创造了仅由一层碳原子组成的二维晶体。这种材料被称为石墨烯，从那时起石墨烯就引发了广泛关注并获得了大力发展。由于其非凡的强度，石墨烯如今被用在增强网球拍、汽车轮胎或飞机机翼等产品上。但它也是基础研究领域的一个有趣主题，因为物理学家不断在它身上发现在其他材料中从未观察到的令人惊讶的新现象。

在双层石墨烯晶体材料中，如果它的两个原子层相对于彼此是略微旋转的，这对研究人员来说就是特别有趣的。大约在一年前，由苏黎世联邦理工学院(ETH)固态物理实验室的Klaus Ensslin和Thomas Ihn领导的一组研究人员已经证明扭曲的石墨烯可用于制造约瑟夫森结，而约瑟夫森结是超导器件的基本组成部分。

基于这项工作，ETH的研究人员现在能够利用扭曲的石墨烯制造出首个基于石墨烯的超导量子干涉装置(SQUID)，这种装置可以演示超导准粒子的干涉性质。传统的SQUID已经被用于医学、地质学和考古学等领域。这种敏感的传感器甚至能够测量磁场的微小变化。然而，传统SQUID只能与超导材料一起工作，因此它们在运行时需要用液氦或液氮进行冷却。

在量子技术中，SQUID可以作为量子比特(qubits)的承载体。也就是说，它能作为执行量子操作的元素。Klaus Ensslin解释说:“SQUID对于超导体来说，就像是晶体管对于半导体技术来说一样——是一种更复杂电路的基本构建模块。”

由ETH博士生Elías Portolés创造的石墨烯SQUID并不比传统的同类产品更敏感，而且它还必须冷却到极低的温度。然而，它确实显着拓宽了石墨烯的应用范围。Ensslin说：“所以这对SQUID技术本身来说并不是一个突破。五年前，我们就已经能证明石墨烯可用于制造单电子晶体管，只是现在我们增加了超导性。”

有趣的是，半导体(晶体管)和超导体(SQUID)的两个基本组成部分现在可以只使用石墨烯这一种材料。这使得构建新颖的控制操作成为了可能。Ensslin说：“通常，晶体管由硅制成，SQUID由铝制成。这两种技术是需要有不同加工技术的不同材料。”

五年前，麻省理工学院的一个研究小组发现了石墨烯的超导性，但全世界只有十几个实验小组在研究石墨烯的这种超导现象。而能够将超导石墨烯转化为功能部件的研究则是更加稀少。

它的挑战在于，科学家们必须一个接一个地进行几个精细的工作步骤：首先，他们必须将石墨烯片以一个精确角度相对于彼此来对齐。接下来的步骤包括连接电极和蚀刻孔。如果石墨烯被加热，就会像在洁净室处理过程中经常发生的那样，两层石墨烯会重新排列，扭曲角也会消失。因此，必须重新调整传统的半导体技术，这使得这项工作变得极具挑战性。

目前，人们正在评估多种不同类型的量子比特技术，每种技术都有其优点和缺点。如果科学家们成功地使用石墨烯将其中的两个系统结合起来，那么也就有可能将它们的优点结合起来。Ensslin说：“结果将是在同一个晶体上有着两个不同的量子系统。”

这也将为超导研究带来新的可能性。Ensslin补充道：“有了这些组件，我们可能能够更好地了解石墨烯的超导性是如何产生的。我们今天所知道的是，这种材料存在不同的超导相位，但我们还没有一个理论模型来解释它们。”（编译:Qtech）