魔角石墨烯又又又发Science啦

小艺 2年前 (2022-04-11) 3528浏览

一、【导读】

魔角三层石墨烯中的超导态作为超导家族中的新成员而大放异彩。其外层相对于中间层以相同的魔角发生扭曲，这种新的三层结构具有比其双层结构更稳健的超导性。同魔角双层石墨烯相比，其更易调控，已经成为设计强关联平带的绝佳平台。

在魔角扭曲三层石墨烯（MATTG）中观测到的超导性和场致量子干涉使MATTG成为魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）之外唯一表现出超导转变和宏观量子相位相干特征的莫尔异质结构。由于MATTG和MATBG具有二重旋转对称性C_2z的独特属性，因此有人提出，这种对称性对于建立扭曲石墨烯的超导性至关重要。

MATTG 的超导性似乎比 MATBG 更坚实，第一代器件的临界温度 (T_c) 高达 2.9 K。这导致人们猜测，MATTG在结构上比MATBG更稳定，将实验设备锁定在具有关键C_2z对称性的镜像对称配置中。理论上预测镜像对称构型具有奇异有序，包括自发味对称性破缺、向列超导和自旋三重态配对。然而，迄今为止，关于这种材料的原子或电子结构的实验信息很少。即使是最基本的假设，也没有直接的实验证实超导器件具有理论预测所依据的镜像对称堆叠。

二、【成果掠影】

4月7日，哥伦比亚大学物理系的Abhay N. Pasupathy教授团队在Science上再次报道了魔角扭曲三层石墨烯的重要进展。他们通过使用低温扫描隧道显微镜在已观察到超导性的扭转角下揭示了 MATTG的正常态结构和电子特性。他们发现，顶层和底层之间的小错位导致晶格重新排列成三角形畴的模式。这些畴具有神奇的魔角扭曲三层结构，并由线和点缺陷网络隔开。通过使用低温扫描隧道显微镜和光谱（STM/S）在4.8-7.2 K下进行原子尺度成像，直接表征了MATTG的电子结构，并观察到了超导性。真正的三层样本经历了莫尔晶格的强烈重构，该格将图层锁定为近魔角角度的镜像对称畴，其大小与超导相干长度相当。这种弛豫引入了一系列局部扭转角断层，称为扭转断层和莫尔孤子，其电子结构同背景区域有较大的偏移，导致掺杂有关的空间颗粒电子景象。在输运测量中观察到超导性的掺杂中，费米能级的态密度达到了最大程度的均匀。该论文以题为“Orderly disorder in magic-angle twisted trilayer graphene”发表在知名期刊Science上。