近年来，全球许多材料科学家一直在研究二维(2D)材料的潜力，该材料由单层或几层超薄原子组成，并具有独特的物理，电和光学特性。

明尼苏达大学和康奈尔大学的研究人员最近进行了一项研究，研究了几层二硒化铌(NbSe 2)的超导性，后者是一种层状过渡金属，具有独特的固有的伊辛型自旋轨道耦合。他们发表在《自然物理学》上的论文表明，很少层的NbSe 2的超导状态具有两个对称性，这与它的晶体结构有很大的不同。

“二维材料(例如NbSe 2)引起了极大的兴趣，因为当它们准备成只有几原子层厚时，它们通常会具有新的特性，而在相同材料的厚样品中则不存在，”弗拉德(Vlad)进行这项研究的研究人员之一S. Pribiag告诉Phys.org。“例如，NbSe 2是大块形式的超导体，但是当制备几层样品时，晶体对称性发生变化，从而使超导性对施加的磁场更具弹性。这是一些共同作者发现的。年前，是我们工作的动力。”

过去，研究人员预测NbSe 2可能是拓扑超导体。拓扑超导体是一类独特的具有非平凡拓扑特性的超导体。这些独特的超导体引起了人们极大的兴趣，因为它们可以防止量子位丢失其存储的信息。因此，它们可以创建受拓扑保护的新量子计算机。

Pribiag和他的同事们最近的工作从以前的研究中汲取了灵感，这些研究探索了NbSe 2是拓扑超导体的可能性。在他们的实验中，研究人员专门研究了仅几原子层厚的NbSe 2的拓扑超导性。

“我们发现，少数NbSe 2层的超导状态具有两倍的对称性，这与晶体的三倍对称性显着不同(即，如果旋转120度，晶体看起来相同，但是超导状态旋转180度时，属性会重复)。” Pribiag解释说。“这种双重对称性与能量非常接近的两个竞争性超导状态的存在是一致的：其中一个可能与拓扑超导性有关，我们现在正在着手进行旨在确定这一点的后续实验。”

在他们的实验中，Pribiag和他的同事们发现，当在样品平面上旋转磁场时，就会出现各向异性(即，一种特性，当沿着不同方向沿晶轴进行测量时，材料可以改变其物理特性)。研究人员使用两种不同类型的样本进一步调查了这一观察结果。

在一种类型的样品中，他们测量了临界场(即超导消失的场)。康奈尔大学研究小组研究的第二种样品在NbSe 2和磁性材料之间有一个薄的绝缘层，这使它们能够隧穿到NbSe 2中。他们收集的两组测量值均显示出两倍的各向异性。

“ NbSe 2中的原子以周期性的三角形图案排列，因此，其内部的物理性质有望表现出三重旋转对称性(即，将系统或环境围绕其旋转120度应导致与之无关的物理性质)。在轮换之前)，”参与这项研究的另一位研究员Ke Ke告诉Phys.org。“然而，与晶格的三倍对称性相比，我们却在面内外部磁场下观察到了几层NbSe 2中超导态的两倍旋转对称性。”

根据解释超导性的公认的物理学理论Bardeen-Cooper-Schrieffer理论(BCS)，两个电子可以相互配对形成所谓的Bosonic对(即Cooper对)。然后，这些对有助于形成无耗散的电子超流体，从而导致超导。

在厚层三维(3D)NbSe 2中，BCS理论概述的配对机制表现出常规的s波不稳定性。另一方面，当NbSe 2接近2D极限时，在存在强自旋轨道耦合的情况下，可能会发生涉及d波或p波电子的非常规配对机制。

Wang解释说：“在桥接2D和3D极限的几层样本中，上述两个配对不稳定性相互混合并竞争，并导致我们观察到2倍对称超导性。”

Pribiag，Wang和他们的同事是第一个收集清晰证据的人，该证据显示了在具有几层原子的2D NbSe 2中发生的非常规配对机理。除了拓宽对2D NbSe 2及其性质的当前理解之外，他们收集的发现还提出了有关他们观察到的异常配对相互作用的起源的基本问题。

Wang说：“我们未来的研究将集中于回答有关导致我们最近发现的奇异配对机制的许多基本问题。” “例如，2倍各向异性是自发向列超导电性的结果，还是由较小的对称破坏场(例如应变)触发的强间隙混合的结果?拓扑超导电性是否起作用?在我们的理论合作者的指导下，我们将研究具有不同厚度和原子应变的样品，这将使我们能够控制不同阶参数之间的竞争。”