Сверхпроводник обычно не дружит с магнитом: сильное поле разрушает состояние, в котором ток течёт без сопротивления. Но в тонких слоях углерода всё иначе. Команда физиков взяла шестислойный графен — шесть атомных плоскостей, сложенных ромбоэдрически, — и обнаружила, что магнитное поле способно не гасить, а включать сверхпроводимость.

При нулевом поле в этом материале уже есть необычная сверхпроводимость — хиральная. Её электронные пары закручены в одну сторону, как винтовая лестница, и поэтому сопротивление меняется в зависимости от направления тока. Но когда исследователи приложили поле около 0.8 тесла — примерно как в аппарате МРТ, — появился второй сверхпроводящий режим. Он держится до 1.6 тесла и управляется тремя ручками: самим полем, плотностью электронов и электрическим смещением между слоями.

Измерения показали, что этот включённый полем сверхпроводник рождается из особого магнитного состояния — четверть-металла, который намагничен противоположно исходному. Так в одном кусочке графена удалось получить квартет сверхпроводящих фаз: четыре разных комбинации спина и долины (квантового индекса, напоминающего сорт электронов). Каждую можно выбирать, меняя внешние параметры. Авторы связывают это с конкуренцией двух эффектов: спин-долинного расщепления (похожего на механизм в топологических изоляторах) и взаимодействия магнитных моментов с полем.