开发新的量子设备依赖于控制电子的行为方式。一种叫做石墨烯的材料，单层碳原子，近年来引起了研究人员的兴趣，因为它的电子表现得好像没有质量。几十年来，科学家们也一直对高温超导体感兴趣：陶瓷材料中的电子相互作用会产生电子相互配对的宏观量子态。他们在高于金属通常超导温度的温度下这样做，该温度接近绝对零。

　　在最近发表在《物理评论快报》上的一项研究中，来自美国纽约州立大学理工学院、石溪大学和布鲁克海文国家实验室以及芬兰阿尔托大学的研究人员展示了一种新的电子设备，该设备采用了电子行为的独特方式在这两种材料中——石墨烯和高温超导体。

　　该实验由纽约州立大学的 Sharadh Jois 和 Ji Ung Lee 领导，在阿尔托助理教授 Jose Lado 的理论工作的支持下，展示了一种结合了石墨烯和非常规高温超导体的新型量子器件。

　　特别是，该团队证明了石墨烯和高温超导体之间的电子传输受两种特殊特性组合产生的独特传输过程的支配：石墨烯的克莱因隧道效应和超导体的安德列夫反射。该团队首次通过实验表明，这种传输过程与现有的关于混合 Andreev-Klein 电子传输的理论预测完全一致。

　　隧道和反射

　　该研究依赖于在这些材料中发现的两个独特现象：石墨烯中的克莱因隧道效应和非常规高温超导体中的安德列夫反射。因为石墨烯电子表现得好像没有质量，所以它们可以在普通电子无法移动的情况下移动。这种现象被称为克莱因隧道效应。

　　反过来，高温超导体中的电子形成所谓的库珀对两个电子。库珀对可以具有独特的数学结构，从而导致非常规的超导状态。当库珀对恰好在标准材料（如一块金属和超导体）的交汇点形成时，它会导致一种称为安德列夫反射的现象，在这种现象中，库珀对将另一种粒子“踢回”到金属中。

　　虽然涉及传统超导体和金属的 Andreev 反射已广为人知，但直到现在才对 石墨烯电子和高温超导体进行同样的研究。

　　石墨烯量子器件的里程碑

　　“源自石墨烯的克莱因隧穿和非常规超导配对的电子传输演示在基于石墨烯的量子器件中建立了一个里程碑。这一观察为开发利用非常规超导性的全新石墨烯基超导量子电路系列奠定了起点，”拉多说。

　　石墨烯独特的电子特性使其成为开发不消耗大量电力的电子产品的有前途的平台。常规超导体是各种量子器件的关键材料，在构建量子比特和拓扑量子计算机的策略之一中尤为重要。通过将两者结合起来，该研究的结果可以为这些材料开辟新的基础物理学，并最终为量子技术设备建立一个全新的平台。