Science：魔角石墨烯超导再获重大突破！

2019-03-08 13:27:08 作者：未央来源：纳米人分享至：

第一作者：Matthew Yankowitz, ShaowenChen, Hryhoriy Polshyn

通讯作者：Andrea F. Young, Cory R.Dean

通讯单位：哥伦比亚大学，加州大学圣芭芭拉分校

研究亮点：

1. 发现施加压力可以使双层石墨烯在更大的扭曲角度产生从超导性。

2. 实现了对扭曲的双层石墨烯的超导的系统调控。

电子相互作用产生的集合效应是固体材料中各种奇异物理现象根本来源，从高温超导体到分数量子霍尔效应，它们共同点就在于电子带是平坦的，许多电子态可以堆积在窄范围的能量上，从而导致库仑排斥力超过单个电子的动能。

当具有相似晶格常数的两个单层二维范德华材料垂直堆叠且略微未对准时，则会呈现出周期性莫尔图案，从而改变材料的电子态，出现电子平带。2018年，来自麻省理工学院的Pablo Jarillo-Herrero和曹原团队在~1.1°魔角扭曲的双层石墨烯中发现新的电子态，可以简单实现绝缘体到超导体的转变，打开了非常规超导体研究的大门。

有鉴于此，2019年3月8日，来自哥伦比亚大学Andrea F. Young和加州大学圣巴巴拉分校的 Cory R. Dean团队合作，发现施加压力可以使双层石墨烯在更大的扭曲角度产生更强的电子耦合，产生平带，从而产生超导性。

研究人员发现首先通过实现确认了~1.1°魔角扭曲双层石墨烯样品的早期结果的关键方面，并通过设备优化进一步增加了实验结果的准确性。与之前的报道相反的是，作者观察到电荷中性的电子和空穴两边都达到半填充时出现圆顶相超导；而载流子密度增加到半填充以上时，才明显表现出超导性。

更重要的是，研究人员发现施加静水压力可以用作第二个调谐旋钮以控制电子相关性。当层间精确地匹配每层中的低能电子态的动量-空间分离时，产生魔角范德华异质结构的平带。随着扭转角的增加，通过施加压力就可以增加层间耦合并恢复平带。作者通过使用压力盒将两个单层石墨烯挤压在一起，在具有>1.1°的更大扭曲角度，观察到了超导性。因此，压力和扭曲角度可以作为魔角范德华异质结构超导调控的双重手段。

总之，这项研究为双层二维材料中的超导性及相关机制研究提供了更多思路。

参考文献：

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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责任编辑：韩鑫