哈佛大學Philip Kim課題組最新Science:交變扭曲魔角三層石墨烯中的電場可調超導性


【引言】

扭曲雙層石墨烯(TBG)的實驗實現為研究莫爾工程電子帶中的相互作用效應提供了新的可能性。根據早期的理論預測,兩張扭曲的石墨烯薄片的雜化可以在薄片之間產生幾乎扁平的“魔角”(MAs)。最初的實驗表明,在摻雜這些絕緣態時,動能的降低會導致相關絕緣相和超導性的產生。在后續的實驗中,在MA-TBG中發現了額外的相互作用驅動相,包括同位旋對稱破缺金屬、軌道鐵磁性和磁場誘導的Chern絕緣體。盡管該領域進展迅速,但超導性究竟是由強電子-電子相互作用驅動的非常規超導性,還是由弱耦合電子-聲子相互作用產生的常規超導性,仍然存在爭議。一些實驗表明,超導相與絕緣相是獨立的,甚至可能是相互競爭的,在屏蔽庫侖相互作用后,超導性持續或增強。然而,也有人提供證據證明超導性具有非常規的特征,例如共存的向列序和大密度態(DOSs)與更高的臨界溫度之間缺乏相關性。莫爾工程范德華界面的創建也已擴展到其他二維(2D)材料系統,導致觀察到許多相互作用驅動相,例如扭曲的單層-雙層石墨烯的量子異常霍爾態和二硒化鎢(WSe2)/二硫化鎢(WS2)莫爾超晶格中的廣義維格納晶體。然而,MA-TBG仍然是唯一明確建立超導性的系統。相比之下,在其他二維平帶體系中,如與氮化硼(BN)對齊的ABC三層石墨烯、扭曲的雙雙層石墨烯和扭曲的WSe2等超導性的初步報道被證明是不確定的。

【成果簡介】

今日,在美國哈佛大學Philip Kim教授(通訊作者)團隊等人帶領下,構建了一種vdW異質結構,該結構由三層石墨烯層組成,其交錯扭角為±θ堆疊。在平均扭轉角θ ~ 1.56°(理論上預測為形成扁平電子帶的“魔角”)下,觀測到了位移場可調超導性,其最高臨界溫度為2.1開爾文。通過調節摻雜能級和位移場,團隊發現超導機制與莫爾帶的極化一起出現,并在高位移場受到范霍夫奇異性(vHS)的限制。研究發現顯示出與弱耦合描述的不一致,這表明觀察到的莫爾超導具有非常規的性質。相關成果以題為Electric field–tunable superconductivity in alternating-twist magic-angle trilayer graphene發表在了Science

【圖文導讀】

圖1?器件結構與表征

2 TTG中的超導性能

3 電場可調超導性能

4 霍爾數據和頻段結構

文獻鏈接:Electric field–tunable superconductivity in alternating-twist magic-angle trilayer graphene(Science,2021,DOI:10.1126/science.abg0399)

本文由木文韜翻譯,材料牛整理編輯。

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