超導性和量子霍爾效應這兩個迷人的現象，幾十年來一直吸引著物理學家的目光。超導性允許材料以零電阻傳導電流，而量子霍爾效應則表現出量化的電導率，這是拓撲態物質的標志。然而，將這兩種看似截然不同的現象結合起來一直是一個重大挑戰，特別是在一維系統領域。最近一篇發表在《自然》的論文宣布取得了突破

超導性是由庫珀對的形成引起的，庫珀對是束縛在一起的電子對。在傳統的超導體中，這些對凝結成一個單一的量子態，從而實現無摩擦的電流流動。當非超導材料與超導體緊密接觸時，就會發生近鄰超導。近鄰超導效應在界面附近的非超導材料中誘導庫珀對的形成，允許在短距離上的超電流流動。

在強磁場作用下，在特定材料中觀察到的量子霍爾效應表現出顯著的特性。材料邊緣的電子凝聚成具有量子化電導率的特殊導電通道，與材料性質無關，僅由基本常數決定。這些邊緣狀態是材料拓撲秩序的一種表現，這種性質不容易受到局部擾動的影響。

這兩種現象的結合已被證明是具有挑戰性的。傳統上，研究人員的目標是在量子霍爾邊緣態中誘導超導性。然而，通過這些通道實現可檢測的超電流一直是難以捉摸的。這是因爲強磁場往往會破壞庫珀對的形成，從而阻礙超導性。

最近的突破克服了這一障礙，研究人員發現了一種新的方法，通過利用微扭曲雙層石墨烯中的疇壁來實現量子霍爾效應中的一維近鄰超導性。雙層石墨烯由兩層石墨烯片堆疊而成，略微扭曲。疇壁是堆疊方向突然改變的區域。有趣的是，這些疇壁包含與通常的量子霍爾邊緣狀態不同的嚴格的一維電子狀態。

關鍵在于這些疇壁內一維電子通道的獨特特性。與二維量子霍爾邊緣狀態不同，這些一維通道對磁場破壞的敏感性較低。這使得即使在高磁場下也能形成穩定的庫珀對和超電流，超過了傳統量子霍爾邊緣狀態超導性的極限。

實驗裝置包括將超導電極沉積在最小扭曲的雙層石墨烯襯底上，該襯底具有利用疇壁通道的戰略位置。這種結構允許超電流流過疇壁內的一維電子態，有效地在量子霍爾體系中創建一維近鄰超導體。觀察到的超電流表現出顯著的特性：它是非振蕩的，並在廣泛的磁場範圍內保持相對恒定。這表明超導性主要由疇壁內的一維通道介導，獨立于量子霍爾效應的特定量化狀態。

在量子霍爾效應中創建穩健的一維近鄰超導體的能力爲開發新型約瑟夫森結奠定了基礎，約瑟夫森結是一種超導器件，對于量子技術至關重要。這些結利用超電流對磁場等外部因素的依賴性來創建高靈敏度的探測器，甚至可能創建新型的量子比特。

此外，這一發現揭示了超導性和物質拓撲狀態之間的基本相互作用。了解這些看似相反的現象如何在一維系統中相互作用，可以導致具有奇異特性的全新材料的開發。

然而，仍然存在重大挑戰。研究人員仍在積極研究一維通道內形成的庫珀對的確切性質。此外，優化制造工藝並探索不同的材料組合以提高臨界電流密度（超導體所能承受的最大電流）是實現實際應用的關鍵步驟。