天才少年曹原最新Science：超導魔角石墨烯的向列性和競爭序

木文韜 2年前 (2021-04-16) 9046瀏覽

【引言】

自發對稱破缺是自然界中普遍存在的一種過程，它發生在各種長度尺度上。在固態系統中，除了時間反轉和規范對稱外，還有一些由晶格所施加的離散對稱。然而，當系統中多體電子-電子相互作用明顯時，這些對稱性可以被自發打破。理解這些不對稱狀態對于解釋這些多體系統的不同階段是至關重要的。一個例子是電子向列相，盡管晶格平移和時間反轉的對稱性保留下來，但晶格的離散旋轉對稱性被自發地打破。由此產生的系統各向異性依次又表現在涉及自旋、電荷和晶格自由度的特性上，這些特性可以通過散射、傳輸和掃描探針實驗來測量。當一個相關的系統有多個不對稱的相位時，它們之間的關系往往超越單純的競爭，從而產生交織相位的復雜相位圖。交織順序的一個例子是向列相超導態，它同時打破晶格旋轉和規范對稱。在2D石墨烯超晶格中相關絕緣子和超導行為的最新發現，為研究具有無與倫比的可調性和豐富性的相關超導材料帶來了可能。扭曲的2D材料在真實空間中呈現出長距莫爾圖案，可以通過扭曲角度進行調整。在靠近第一個魔角θ≈1.1°的扭曲雙層石墨烯（TBG）中，層間雜化在低能量下導致了近平帶，其中電子位于真實空間。近半填充的近平帶，出現相關絕緣子的行為和超導性已被證明。

【成果簡介】

今日，在美國麻省理工學院Pablo Jarillo-Herrero教授和曹原（共同通訊作者）團隊等人帶領下，報道了在魔角扭曲雙層石墨烯（TBG）中識別具有破碎旋轉對稱性的纏繞相。利用橫向電阻測量，發現一個強各向異性相，位于超導圓頂的欠摻雜區域上方的“楔形區”內。當它與超導圓頂交叉時，觀察到臨界溫度的降低。此外，超導態表現出對與方向相關的面內磁場的各向異性響應，揭示了整個超導圓頂的向列有序。這些結果表明，向列波動可能在魔角TBG的低溫相發揮重要作用。相關成果以題為“Nematicity and competing orders in superconducting magic-angle graphene”發表在了Science。

?【圖文導讀】

圖1?魔角TBG器件的表征和統計