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Science：魔角石墨烯超導再獲重大突破！

2019-03-08 13:27:08 作者：未央來源：納米人分享至：

第一作者：Matthew Yankowitz, ShaowenChen, Hryhoriy Polshyn

通訊作者：Andrea F. Young, Cory R.Dean

通訊單位：哥倫比亞大學，加州大學圣芭芭拉分校

研究亮點：

1. 發(fā)現(xiàn)施加壓力可以使雙層石墨烯在更大的扭曲角度產(chǎn)生從超導性。

2. 實現(xiàn)了對扭曲的雙層石墨烯的超導的系統(tǒng)調(diào)控。

電子相互作用產(chǎn)生的集合效應是固體材料中各種奇異物理現(xiàn)象根本來源，從高溫超導體到分數(shù)量子霍爾效應，它們共同點就在于電子帶是平坦的，許多電子態(tài)可以堆積在窄范圍的能量上，從而導致庫侖排斥力超過單個電子的動能。

當具有相似晶格常數(shù)的兩個單層二維范德華材料垂直堆疊且略微未對準時，則會呈現(xiàn)出周期性莫爾圖案，從而改變材料的電子態(tài)，出現(xiàn)電子平帶。2018年，來自麻省理工學院的Pablo Jarillo-Herrero和曹原團隊在~1.1°魔角扭曲的雙層石墨烯中發(fā)現(xiàn)新的電子態(tài)，可以簡單實現(xiàn)絕緣體到超導體的轉(zhuǎn)變，打開了非常規(guī)超導體研究的大門。

有鑒于此，2019年3月8日，來自哥倫比亞大學Andrea F. Young和加州大學圣巴巴拉分校的 Cory R. Dean團隊合作，發(fā)現(xiàn)施加壓力可以使雙層石墨烯在更大的扭曲角度產(chǎn)生更強的電子耦合，產(chǎn)生平帶，從而產(chǎn)生超導性。

研究人員發(fā)現(xiàn)首先通過實現(xiàn)確認了~1.1°魔角扭曲雙層石墨烯樣品的早期結(jié)果的關(guān)鍵方面，并通過設備優(yōu)化進一步增加了實驗結(jié)果的準確性。與之前的報道相反的是，作者觀察到電荷中性的電子和空穴兩邊都達到半填充時出現(xiàn)圓頂相超導；而載流子密度增加到半填充以上時，才明顯表現(xiàn)出超導性。

更重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)施加靜水壓力可以用作第二個調(diào)諧旋鈕以控制電子相關(guān)性。當層間精確地匹配每層中的低能電子態(tài)的動量-空間分離時，產(chǎn)生魔角范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的平帶。隨著扭轉(zhuǎn)角的增加，通過施加壓力就可以增加層間耦合并恢復平帶。作者通過使用壓力盒將兩個單層石墨烯擠壓在一起，在具有>1.1°的更大扭曲角度，觀察到了超導性。因此，壓力和扭曲角度可以作為魔角范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)超導調(diào)控的雙重手段。

總之，這項研究為雙層二維材料中的超導性及相關(guān)機制研究提供了更多思路。

參考文獻：

Matthew Yankowitz, Shaowen Chen, HryhoriyPolshyn, Andrea F. Young, Cory R. Dean et al. Tuning superconductivity intwisted bilayer graphene. Science 2019, 363, 1059-1064.

http://science.sciencemag.org/content/363/6431/1059

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責任編輯：韓鑫