2021年4月1日，曹原（通讯兼第一作者）发表第6篇Nature。

2021年4月7日，曹原（共同一作）发表第7篇Nature。

今天（4月16日），曹原（一作兼通讯）发表Science！我们一起来看看这篇最新成果吧。

在固体系统中，强相互作用的电子，在基态往往表现出多重破坏的对称性。不同序参量之间的相互作用，可以产生丰富的相图。在此，来自美国麻省理工学院的曹原（一作兼通讯）及其导师Pablo Jarillo-Herrero等研究者，报道了在魔角扭曲双层石墨烯（TBG）中，识别具有破碎旋转对称性的缠绕相。相关论文以题为“Nematicity and competing orders in superconducting magic-angle graphene”发表在Science上。

论文链接：http://science.sciencemag.org/content/372/6539/264

自发对称破缺，是自然界中普遍存在的一种过程，它发生在各种长度尺度上。在固态系统中，除了时间反演和规范对称外，还有一些由晶格所施加的离散对称。然而，当系统中多体电子-电子相互作用明显时，这些对称性可以被自发地打破。理解这些不对称状态，对于解释这些多体系统的不同相，是至关重要的。其中一个例子是，电子向列相，尽管晶格平动和时间反演对称保留下来，但晶格的离散旋转对称，由于电子关联而自发地被打破。由此产生的系统各向异性，依次表现为涉及自旋、电荷和晶格自由度的性质，这些性质可以通过散射、输运和扫描探针实验来测量。

当一个关联系统，有多个不对称的相位时，它们之间的关系往往超越单纯的竞争，从而产生纠缠相的复杂相位图。纠缠序的一个范例是，向列相超导态，它同时打破了晶格旋转和规范对称。据报道，在某些铁基材料和掺杂的Bi2Se3中，存在向列超导态，这是通过热、磁和输运测量揭示的，尽管它们的微观起源仍不清楚。

在二维（2D）石墨烯超晶格中相关绝缘子和超导行为的最新发现，为研究具有无与伦比的可调性和丰富性的相关超导材料带来了无限可能。扭曲的2D材料，在真实空间中呈现出远程moiré图案，并且可以通过扭曲角度进行调整（图1A）。在扭曲双分子层石墨烯（TBG）中，在第一个魔角θ≈1.1°附近，层间杂化在低能量下导致了几乎平坦的带，其中电子位于实空间（图1A）。同时，近半填充的近平坦带，突现相关绝缘子的行为和超导性，早已被证明。

图1 魔角扭曲双层石墨烯（TBG）器件的表征与统计。

在本工作中，研究者分析了魔角TBG中，超导相与其他多体相的相互作用。利用横向电阻测量，研究者发现一个强各向异性相位，位于超导穹顶欠掺杂区域上方的“楔”内。当它与超导穹顶交叉时，观察到临界温度的降低。此外，超导态对方向相关的平面内磁场，表现出各向异性的响应，揭示了整个超导穹顶的向列有序。这些结果表明，向列波动可能在魔角TBG的低温相中，扮演重要角色。

图2 在魔角TBG超导穹顶附近的竞争相位。

图3 魔角TBG器件A的正态各向异性。

图4 魔角TBG中向列相超导性的证据。

图5 超导临界电流的各向异性响应。

图6 各个竞争相的总结。