在最新的《自然》期刊研究中，麻省理工学院的研究人员发现，普通石墨在微观尺度上展现出惊人的多样性。研究表明，自然石墨中的某种微观结构能够承载多种超导状态。超导性是电子成对并在材料中以零电阻滑行的电子状态。尽管已知有成千上万种超导材料，但同一材料中存在多种超导形式的情况极为罕见。研究者们在被称为石墨烯的原子薄层石墨样本中发现了多种超导状态。
具体而言，石墨烯是由碳原子精确排列成微观晶格的单原子薄层。研究团队在四层或五层石墨烯组成的菱形石墨中进行了发现。令人惊讶的是，菱形石墨中的几种新超导状态能够在通常会消除超导性的磁场中持续存在，反而在磁场的作用下变得更强。研究表明，这种看似简单的材料中蕴含着新型非常规超导状态家族。麻省理工学院的物理学副教授Long Ju指出：“人们可能会认为这是简单无趣的碳材料，但我们可以通过调整实验参数，如电压，来控制这种材料。”
目前尚不清楚这些超导状态是如何产生的，或它们为何能够在磁场下持续存在。Ju表示：“从基础物理的角度来看，磁场不但没有消灭超导性，反而增强了它，这是非常奇特的。”研究团队通过对菱形石墨的实验结果提供了丰富的基础，供人们思考其背后的机制。
在研究中，团队采取了一种不同的方法，逐步去除菱形石墨中的电子，研究超导性。在应用外部电流并测量电阻的过程中，研究者们发现，在某些电子密度下，出现了四种超导状态。其中三种状态在高达约9特斯拉的磁场中持续存在，通常磁场会破坏超导性。在材料的平面平行方向施加磁场时，团队观察到了这一现象。
更令人惊喜的是，在某些电子密度下，超导性不仅持续存在，还在施加垂直磁场时增强，超导性得以在高于材料对应于零磁场的临界温度时持续存在。Ju解释道：“超导性实际上得到了增强，转变温度从55毫开尔文上升到90毫开尔文。”
研究者们推测，或许在菱形石墨中，电子可以在特定电子密度下以对齐自旋的方式成对，而磁场仍能保持这种对齐，进而保留超导性。尽管这一观点仍需更多实验和理论研究，但结果展示了在简单材料中可以出现的新奇现象。Junseok Seo表示：“我们正在控制最简单的化学和结构材料——晶体碳，这是其中的乐趣所在。”