魔角石墨烯又又又發Science啦

小藝 1年前 (2022-04-11) 3012瀏覽

一、【導讀】

魔角三層石墨烯中的超導態作為超導家族中的新成員而大放異彩。其外層相對于中間層以相同的魔角發生扭曲，這種新的三層結構具有比其雙層結構更穩健的超導性。同魔角雙層石墨烯相比，其更易調控，已經成為設計強關聯平帶的絕佳平臺。

在魔角扭曲三層石墨烯（MATTG）中觀測到的超導性和場致量子干涉使MATTG成為魔角扭曲雙層石墨烯（MATBG）之外唯一表現出超導轉變和宏觀量子相位相干特征的莫爾異質結構。由于MATTG和MATBG具有二重旋轉對稱性C_2z的獨特屬性，因此有人提出，這種對稱性對于建立扭曲石墨烯的超導性至關重要。

MATTG 的超導性似乎比 MATBG 更堅實，第一代器件的臨界溫度 (T_c) 高達 2.9 K。這導致人們猜測，MATTG在結構上比MATBG更穩定，將實驗設備鎖定在具有關鍵 C_2z對稱性的鏡像對稱配置中。理論上預測鏡像對稱構型具有奇異有序，包括自發味對稱性破缺、向列超導和自旋三重態配對。然而，迄今為止，關于這種材料的原子或電子結構的實驗信息很少。即使是最基本的假設，也沒有直接的實驗證實超導器件具有理論預測所依據的鏡像對稱堆疊。

二、【成果掠影】

4月7日，哥倫比亞大學物理系的Abhay N. Pasupathy教授團隊在Science上再次報道了魔角扭曲三層石墨烯的重要進展。他們通過使用低溫掃描隧道顯微鏡在已觀察到超導性的扭轉角下揭示了 MATTG的正常態結構和電子特性。他們發現，頂層和底層之間的小錯位導致晶格重新排列成三角形疇的模式。這些疇具有神奇的魔角扭曲三層結構，并由線和點缺陷網絡隔開。通過使用低溫掃描隧道顯微鏡和光譜（STM/S）在4.8-7.2 K下進行原子尺度成像，直接表征了MATTG的電子結構，并觀察到了超導性。真正的三層樣本經歷了莫爾晶格的強烈重構，該格將圖層鎖定為近魔角角度的鏡像對稱疇，其大小與超導相干長度相當。這種弛豫引入了一系列局部扭轉角斷層，稱為扭轉斷層和莫爾孤子，其電子結構同背景區域有較大的偏移，導致摻雜有關的空間顆粒電子景象。在輸運測量中觀察到超導性的摻雜中，費米能級的態密度達到了最大程度的均勻。該論文以題為“Orderly disorder in magic-angle twisted trilayer graphene”發表在知名期刊Science上。