菱面体三层石墨烯在Nature连发两篇！
相信大家一定还记得今年年初，已经成为博士后的曹原再次以共同第一作者身份，与Jeong Min Park（共同一作）以“Tunable strongly coupled superconductivity in magic-angle twisted trilayer graphene”为题在Nature上报道了在三层石墨烯组成的“三明治”中观察到超导性。在新的三层结构中，中间一层石墨烯相对于外层以新的角度扭转，其超导性比双层结构更稳定。此外，曹原还与他的导师、Pablo Jarillo-Herrero 共同担任论文通讯作者。这也是基于发现扭转双层石墨烯中可能产生超导性之后不久，理论物理学家提出，在三层或更多层石墨烯中也可能看到相同的现象而衍生的科学研究。2021年9月1日，这种菱面体三层石墨烯在短短7个月的时间，再次在Nature上背靠背连发两篇文章！这两篇都出自加州大学圣巴巴拉分校的A. F. Young教授课题组，周昊欣（中科大11级少年班）担任一作，Xie Tian 担任二作。作者简介
A. F. Young教授于 2006 年获得学士学位，2012 年获得哥伦比亚大学博士学位，在那里他开始研究了石墨烯的特性。从2011年到2014年，A. F. Young在麻省理工学院（MIT）实验凝聚态物理Pablo Jarillo-Herrero教授课题组做博士后。Young于 2015 年加入加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)任教。值得注意的是，2020年以来， A. F. Young教授课题组已经在Nature上发表了四篇文章，Science上发表了两篇文章！
周昊欣：中科大少年班11级，15届。按照时间推算，今年是他直博的第7年。7年间没有发表过任何一作或通讯论文，仅在2018年有一篇Science三作。蛰伏7年，不鸣则已、一鸣惊人！一天发表两篇Nature，有人说他是下一个“曹原”，我想他更多的是对科研的热爱、执著以及坚持的力量。
论文简介
01 菱面体三层石墨烯中的超导性
在干净的二维器件中通过电场效应获得超导性是纳米电子学的核心目标。最近，石墨烯莫尔异质结构已经实现了超导性，但是，这些结构中在机械强度上并不稳定，并且实验显示出强烈无序的特征。A. F. Young教授课题组报道了在菱面体晶体三层石墨烯中观察到的超导性——在低于开尔文温度下表现为低电阻率或电阻率消失，一种结构亚稳态的碳同素异形体。超导发生在两个不同的栅极调谐区（SC1 和 SC2）中，并且处于由平均自由程和超导相干长度之比定义的极净处。通过量子振荡对正常状态费米表面的映射表明，这两个超导体都从环形费米海中出现，并且接近于同位旋对称破坏过渡的载流子密度，其中费米表面简并性发生变化。而 SC1 从顺磁正常状态出现，SC2 从自旋极化、谷非极化的半金属出现并且违反面内磁场的泡利极限至少一个数量级。作者根据几种机制对结果进行探讨，包括传统的声子介导的配对，由于近端同位旋顺序的波动而配对，以及环形费米液体的内在不稳定性。对干净且结构简单的二维金属中超导性的观察提供了一个模型系统来测试超导性的竞争理论模型，同时避免了建模混乱的复杂化，同时实现了基于相关电子现象和弹道电子传输的新型场效应控制电子器件。铁磁性在过渡金属化合物中最常见，其中电子占据高度局部化的 d 轨道。然而，铁磁有序也可能出现在低密度二维体系电子系统。在这篇文章中，A. F. Young教授课题组展示了菱面体三层石墨烯中的门调谐范霍夫奇点将电子系统的自发铁磁极化驱动为一种或多种自旋（Spin）电子和谷（Valley）电子特征。使用电容和电子迁移测量，作者观察到相之间的一系列密度和电子位移场调谐跃迁，其中量子振荡具有四倍、两倍或一倍的简并性，分别于与自旋和谷简并正常金属，自旋极化的“半金属”，以及自旋和谷极化的“四分之一金属”相关。对于电子掺杂，现象学 Stoner 模型很好地捕获了数据的显着特征这包括谷-各向异性相互作用。对于孔填充，作者观察到更丰富的相图，其中包含费米表面拓扑结构中对称性破坏和跃迁的微妙相互作用。最后，作者使用旋转对齐的六方氮化硼衬底引入莫尔超晶格。值得注意的是，该文章发现同位旋顺序只是微弱的扰动，每当在半或四分之一超晶格带填充出现流动的半或四分之一金属态时，莫尔势能催化拓扑非平凡带隙态的形成。该工作结果表明，菱形石墨烯是控制良好的多体理论测试的理想平台，并揭示了莫尔材料中的磁性本质上是流动的。总结：由魔角石墨烯引发的科研飓风绝不会止步于此，它将成为最强大的耦合超导体。当前，科学家们更多的是挖掘强耦合超导和二层、三层乃至多层石墨烯结构的基本性质，相信在未来，这种极具调节可能性的材料能够真正实现在相空间的任何位置探索超导电性。【1】https://www.nature.com/articles/s41586-021-03926-0【2】https://www.nature.com/articles/s41586-021-03938-w
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