2021年4月1日，曹原（通訊兼第一作者）發表第6篇Nature。

2021年4月7日，曹原（共同一作）發表第7篇Nature。

今天（4月16日），曹原（一作兼通訊）發表Science！我們一起來看看這篇最新成果吧。

在固體系統中，強相互作用的電子，在基態往往表現出多重破壞的對稱性。不同序參量之間的相互作用，可以產生豐富的相圖。在此，來自美國麻省理工學院的曹原（一作兼通訊）及其導師Pablo Jarillo-Herrero等研究者，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。相關論文以題為“Nematicity and competing orders in superconducting magic-angle graphene”發表在Science上。

論文鏈接：http://science.sciencemag.org/content/372/6539/264

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，除了時間反演和規范對稱外，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地打破。理解這些不對稱狀態，對于解釋這些多體系統的不同相，是至關重要的。其中一個例子是，電子向列相，盡管晶格平動和時間反演對稱保留下來，但晶格的離散旋轉對稱，由于電子關聯而自發地被打破。由此產生的系統各向異性，依次表現為涉及自旋、電荷和晶格自由度的性質，這些性質可以通過散射、輸運和掃描探針實驗來測量。

當一個關聯系統，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，從而產生糾纏相的復雜相位圖。糾纏序的一個范例是，向列相超導態，它同時打破了晶格旋轉和規范對稱。據報道，在某些鐵基材料和摻雜的Bi2Se3中，存在向列超導態，這是通過熱、磁和輸運測量揭示的，盡管它們的微觀起源仍不清楚。

在二維（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無限可能。扭曲的2D材料，在真實空間中呈現出遠程moiré圖案，并且可以通過扭曲角度進行調整（圖1A）。在扭曲雙分子層石墨烯（TBG）中，在第一個魔角θ≈1.1°附近，層間雜化在低能量下導致了幾乎平坦的帶，其中電子位于實空間（圖1A）。同時，近半填充的近平坦帶，突現相關絕緣子的行為和超導性，早已被證明。

圖1 魔角扭曲雙層石墨烯（TBG）器件的表征與統計。

在本工作中，研究者分析了魔角TBG中，超導相與其他多體相的相互作用。利用橫向電阻測量，研究者發現一個強各向異性相位，位于超導穹頂欠摻雜區域上方的“楔”內。當它與超導穹頂交叉時，觀察到臨界溫度的降低。此外，超導態對方向相關的平面內磁場，表現出各向異性的響應，揭示了整個超導穹頂的向列有序。這些結果表明，向列波動可能在魔角TBG的低溫相中，扮演重要角色。

圖2 在魔角TBG超導穹頂附近的競爭相位。

圖3 魔角TBG器件A的正態各向異性。

圖4 魔角TBG中向列相超導性的證據。

圖5 超導臨界電流的各向異性響應。

圖6 各個競爭相的總結。