魔角石墨烯再发Science！

原创鲜辉研之成理

▲第一作者：Xiaoxue Liu

通讯作者：J. I. A. Li

通讯单位：Brown University

DOI：10.1126/science.abb8754

背景介绍

魔角扭曲双层石墨烯（tBLG）中超导性的发现为有关超导序参数性质的研究提出了的有趣问题。魔角tBLG的相图具有相关的绝缘体（CI）和超导相，与铜酸盐材料的相图相似，这表明超导相是由非常规起源产生的。相比之下，在没有CI的情况下对超导性的最新观察似乎表明，超导性是通过电子-声子耦合产生的，这一解释得到了一系列理论模型的支持。

长期以来，人们已经认识到阐明库仑相互作用的作用对于确定超导性质至关重要。对于常规的超导体，电子-声子耦合可在低温下稳定超导性方面与库仑斥力竞争。这样，较弱的库仑排斥力将导致更鲁棒的超导序参数。相比之下，非常规的超导相是由全电子机理产生的，因此序参数随着库仑相互作用的增加而增强。对于常规的固态材料，直接控制超导体内的库仑相互作用而不给材料引入额外的变化在实验上仍然是一个很大的挑战。

控制电子相互作用的强度对于研究相关费米子系统中出现的量子现象至关重要。范德华材料的灵活性为使用魔角tBLG结构通过邻近屏蔽来控制库仑相互作用提供了宝贵的机会。然而，阐明魔角tBLG中的超导状态的性质仍然十分棘手。

本文亮点

1、作者设计并建立了一种可研究电子-电子相关性作用的具有Bernal BLG和魔角tBLG的混合双层几何结构器件。

2、通过使用来自Bernal双层石墨烯的电荷屏蔽，可以连续调整扭曲双层石墨烯中电子-电子库仑相互作用的强度。且实验表明声学上的电子-声子耦合的强度不受库仑屏蔽的影响。

3、这种控制库仑相互作用的能力有望为理论模型的建立提供重要的边界约束条件，从而准确地描述魔角tBLG中的超导性。

图文解析

▲图1. 具有Bernal BLG和tBLG的混合双层结构

▲图2. 库仑屏蔽对CI的影响

要点：

1、为了研究在这种状态下电子-电子相关性的作用，作者在魔角tBLG的紧邻处放置另一石墨烯双层，该石墨烯双层具有常规的石墨烯片层状排列。其中魔角tBLG与紧邻Bernal双层石墨烯的位置中间用3纳米厚的hBN作为势垒隔开。

2、通过改变常规双层中的载流子密度，研究人员成功实现了对魔角tBLG中电子相互作用强度的控制。

3、弱化的电子相互作用增强了其超导性，这与电子-声子耦合同库仑相互作用竞争以稳定超导相的情况一致。

▲图3. 存在强D场诱导的BLG能带中调节nBLG的效果

▲图4. 在魔角tBLG中优化掺杂时，调整nBLG对超导性的影响

要点：

1、传输测量结果表明，调谐库仑屏蔽对绝缘态和超导态具有相反的影响：随着通过屏蔽减弱库仑相互作用，绝缘态变得不那么稳健，而在最佳掺杂下超导性的稳定性得到增强。

2、结果表明，nBLG调整的主要作用是改变魔角tBLG中库仑相互作用的强度。随着屏蔽的增加，最佳掺杂下的库珀对的形成和超导性变得更强健，这似乎是由于电子-声子耦合同库仑相互作用竞争，从而稳定了超导相。

3、另外，库仑屏蔽还可以通过改变莫尔平带的特性（例如费米表面的大小）来影响超导性。

4、该结果为理论模型的理解以了解魔角tBLG的超导机理提供了重要的边界约束条件。

原文链接：

https://science.sciencemag.org/content/371/6535/1261

Banner（商务推广）

继续滑动看下一个