V dvoslojnem grafenu, ki se vrti pod "čarobnim" kotom, je bila ugotovljena redka linearna odvisnost električnega upora od temperature blizu absolutne ničle. Zaradi te lastnosti je dvoslojni grafen povezan z nenavadnim razredom snovi, imenovanim čudne kovine. Vključuje na primer kuprate, vključno z rekorderji za temperaturo superprevodnosti pri normalnem tlaku, pa tudi rutenate, pnictide in nekatere druge materiale. Odkritje potrjuje prisotnost novega temeljnega mehanizma prenosa naboja in toplote v takšnih spojinah, pišejo avtorji v reviji Physical Review Letters.
Grafen je dvodimenzionalna alotropna modifikacija ogljika, sestavljena iz atomov, razporejenih v obliki šesterokotnikov, združenih v plošče atomske debeline. Grafen ima veliko nenavadnih lastnosti, ki so potencialno uporabne v znanosti in tehnologiji. Vendar pa znanstveniki še naprej odkrivajo nove nenavadne lastnosti tega materiala.
Eno pomembnih odkritij zadnjih dveh let je bilo odkritje superprevodnosti v dvoslojnem grafenu. Z vrtenjem listov pod majhnim kotom nastane periodična moarova šesterokotna superrešetka z veliko daljšim obdobjem kot pri samem grafenu. Če kot sprejme eno od "čarobnih" vrednosti, od katerih je najmanjša blizu 1,1 stopinje, potem pri nizkih temperaturah snov preide v superprevodno stanje. Podrobne študije so pokazale, da je takšen grafen po nekaterih svojih lastnostih, zlasti faznem diagramu, podoben kupratom - spojinam, pri odkritju katerih se je pojavil izraz visokotemperaturna superprevodnost.
Pablo Jarillo-Herrero s Tehnološkega inštituta v Massachusettsu in njegovi kolegi iz ZDA in Japonske so odkrili še eno lastnost, zaradi katere je dvoslojni grafen zasukan za "čarobni" kot, podoben kupratom: prisotnost faze čudne kovine z linearna odvisnost upora od temperature blizu absolutne ničle. Takšne pravilnosti ne opazimo pri navadnih kovinah, pri katerih praviloma po superprevodni fazi pride do močnega povečanja upora. Poleg tega trenutno ni popolne teoretske razlage tega pojava.
Prenos elektronov v kovinah je dolgo časa uspešno opisovala Drudejeva teorija, oblikovana leta 1900, ki povezuje prevodnost z gostoto elektronov, ki se štejejo za plin, njihovo maso in povprečnim časom τ med razprševanjem po ioni. S kvantnimi popravki, ki so maso resničnih delcev nadomestili z učinkovito maso nosilcev naboja in čas med sipanjem pri nizkih temperaturah povezali s sorazmernostjo τ ∼ T-2, je ta model uspešno opisal večino eksperimentalnih podatkov do osemdesetih let 20. stoletja.
Odkritje kupratov leta 1986 je pokazalo omejitve teorije, ki ni mogla pojasniti faze čudne kovine, opažene v njih, z linearno odvisnostjo upora od temperature. To vedenje kaže, da je čas med razprševanjem obratno sorazmeren s prvo močjo temperature in ne s kvadratom, kot je v modelu Drude. Odkritje čudne kovinske faze v dvoslojnem grafenu nadalje kaže na potrebo po razvoju novega teoretičnega pristopa k transportnim pojavom in govori o možnosti takšne faze v številnih različnih sistemih.
Če izračunamo čas med razprševanjem v čudnih kovinah z uporabo Drudejeve formule (ki je s teoretičnega vidika slabo utemeljena), dobimo izraz τ = Cℏ ∕ kT, kjer je Plan Planckova konstanta, T je temperatura, k je Boltzmannova konstanta, C pa sorazmernost številskega koeficienta. Menijo, da bi morala biti hitrost razprševanja povezana z močjo elektronsko-elektronskih interakcij (ki jih v prvotnem Drudejevem modelu popolnoma zanemarimo), pri različnih čudnih kovinah pa so zelo različne.
Opazovanja pa kažejo, da je koeficient C blizu enotnosti za najrazličnejše čudne kovine in, kot kaže, tudi za dvoslojni grafen: v novem delu so izmerjene vrednosti C padle v razponu od 1, 1 do 1, 6. Ta univerzalnost teoretike vodi k razmišljanju o prisotnosti novega temeljnega mehanizma transportnih pojavov v čudnih kovinah. Znanstveniki to situacijo povezujejo s Planckovim razprševanjem, torej stanjem kvantne prepletenosti številnih elektronov, v katerem je dosežena največja stopnja razsipanja energije, ki jo dopuščajo zakoni fizike.
Dvoslojni grafen se lahko izkaže za primeren sistem za nadaljevanje poskusov na tem področju. Njegova glavna prednost je zmožnost nadzora električnega polnilnega faktorja superrešetke, to je dejansko gostote nosilcev naboja, z uporabo električne napetosti, medtem ko je treba druge čudne kovine na novo izdelati z drugimi nečistočami.
Prejšnji fiziki so "čarobno" superprevodnost dvoslojnega grafena razlagali s fononi, v njem videli ekscitone in ga spremenili v nenormalen magnet.
