魔角石墨烯再發Nature！

稀、飯 2個月前 (11-27) 946瀏覽

一、【導讀】

自發對稱性破缺是凝聚態物理的基礎，因為新的量子相的出現通常伴隨著對稱性的減少。在強關聯領域，超導性通常與其他形式的對稱性破缺同時發生，研究它們之間的復雜關系對許多平臺來說都是一個巨大的挑戰，這些平臺包括不斷增長的扭曲石墨烯多層材料家族。其中魔角扭曲三層石墨烯（MATTG）表現出一系列強關聯的電子相，這些電子相自發地破壞了其潛在的對稱性。掃描隧道顯微鏡(STM)是一種成熟的工具，用于識別某些對稱破缺狀態，特別是那些通過局部狀態密度(LDOS)分布在實際空間中留下直接明顯標志的狀態。然而，在魔角扭轉多層中創建足夠大、足夠干凈和低應變的區域的任務本身就很困難，迄今為止，STM無法生成足以明確診斷微觀對稱破缺順序的電子結構空間圖。因此，之前的研究主要集中在觀察光譜特征和基本結構表征，特別是在MATTG的背景下。直到最近，這一挑戰才在扭曲的雙層結構中得到解決，但是，MATTG還沒有在對稱破缺序的背景下進行探索。

二、【成果掠影】

加州理工學院Hyunjin Kim和Stevan Nadj-Perge研究團隊使用掃描隧道顯微鏡研究了MATTG的相關相位，并確定了相互作用驅動的空間對稱性破缺的顯著特征。在低應變樣品中，在每個莫爾晶胞大約兩到三個電子或空穴的填充范圍內，觀察到石墨烯晶格的原子尺度重建，并伴隨著隧穿光譜中的關聯間隙。這種短尺度的重組表現為一個Kekulé超晶胞（意味著電子之間自發的谷間相干性），并在與能隙發展相一致的大范圍磁場和溫度下持續存在。覆蓋多個莫爾晶胞的大尺度圖譜進一步揭示了Kekulé模式的緩慢演化，表明原子尺度的重建與更長的莫爾尺度上的平移對稱性破缺共存。使用自相關和傅立葉分析來提取這些相位的本征周期性，發現它們與理論上提出的非公度Kekulé螺旋（IKS）序一致。此外，當空穴摻雜遠離能帶的半填充時，表征莫爾尺度調制的波長單調減小，并且對磁場的依賴性較弱。該研究結果為在應變存在下MATTG相關相的性質提供了重要見解，并表明超導性可以從谷間相干母態中產生。相關研究成果以“Imaging inter-valley coherent order in magic-angle twisted trilayer graphene”為題發表在國際期刊Nature上。