DOI：10.1126/science.abb8754魔角扭曲雙層石墨烯（tBLG）中超導(dǎo)性的發(fā)現(xiàn)為有關(guān)超導(dǎo)序參數(shù)性質(zhì)的研究提出了的有趣問題。魔角tBLG的相圖具有相關(guān)的絕緣體（CI）和超導(dǎo)相，與銅酸鹽材料的相圖相似，這表明超導(dǎo)相是由非常規(guī)起源產(chǎn)生的。相比之下，在沒有CI的情況下對(duì)超導(dǎo)性的最新觀察似乎表明，超導(dǎo)性是通過電子-聲子耦合產(chǎn)生的，這一解釋得到了一系列理論模型的支持。
長(zhǎng)期以來，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到闡明庫(kù)侖相互作用的作用對(duì)于確定超導(dǎo)性質(zhì)至關(guān)重要。對(duì)于常規(guī)的超導(dǎo)體，電子-聲子耦合可在低溫下穩(wěn)定超導(dǎo)性方面與庫(kù)侖斥力競(jìng)爭(zhēng)。 這樣，較弱的庫(kù)侖排斥力將導(dǎo)致更魯棒的超導(dǎo)序參數(shù)。相比之下，非常規(guī)的超導(dǎo)相是由全電子機(jī)理產(chǎn)生的，因此序參數(shù)隨著庫(kù)侖相互作用的增加而增強(qiáng)。對(duì)于常規(guī)的固態(tài)材料，直接控制超導(dǎo)體內(nèi)的庫(kù)侖相互作用而不給材料引入額外的變化在實(shí)驗(yàn)上仍然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。控制電子相互作用的強(qiáng)度對(duì)于研究相關(guān)費(fèi)米子系統(tǒng)中出現(xiàn)的量子現(xiàn)象至關(guān)重要。范德華材料的靈活性為使用魔角tBLG結(jié)構(gòu)通過鄰近屏蔽來控制庫(kù)侖相互作用提供了寶貴的機(jī)會(huì)。然而，闡明魔角tBLG中的超導(dǎo)狀態(tài)的性質(zhì)仍然十分棘手。1、作者設(shè)計(jì)并建立了一種可研究電子-電子相關(guān)性作用的具有Bernal BLG和魔角tBLG的混合雙層幾何結(jié)構(gòu)器件。
2、通過使用來自Bernal雙層石墨烯的電荷屏蔽，可以連續(xù)調(diào)整扭曲雙層石墨烯中電子-電子庫(kù)侖相互作用的強(qiáng)度。且實(shí)驗(yàn)表明聲學(xué)上的電子-聲子耦合的強(qiáng)度不受庫(kù)侖屏蔽的影響。3、這種控制庫(kù)侖相互作用的能力有望為理論模型的建立提供重要的邊界約束條件，從而準(zhǔn)確地描述魔角tBLG中的超導(dǎo)性。▲圖1. 具有Bernal BLG和tBLG的混合雙層結(jié)構(gòu)
1、為了研究在這種狀態(tài)下電子-電子相關(guān)性的作用，作者在魔角tBLG的緊鄰處放置另一石墨烯雙層，該石墨烯雙層具有常規(guī)的石墨烯片層狀排列。其中魔角tBLG與緊鄰Bernal雙層石墨烯的位置中間用3納米厚的hBN作為勢(shì)壘隔開。2、通過改變常規(guī)雙層中的載流子密度，研究人員成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)魔角tBLG中電子相互作用強(qiáng)度的控制。3、弱化的電子相互作用增強(qiáng)了其超導(dǎo)性，這與電子-聲子耦合同庫(kù)侖相互作用競(jìng)爭(zhēng)以穩(wěn)定超導(dǎo)相的情況一致。▲圖3. 存在強(qiáng)D場(chǎng)誘導(dǎo)的BLG能帶中調(diào)節(jié)nBLG的效果
▲圖4. 在魔角tBLG中優(yōu)化摻雜時(shí)，調(diào)整nBLG對(duì)超導(dǎo)性的影響
1、傳輸測(cè)量結(jié)果表明，調(diào)諧庫(kù)侖屏蔽對(duì)絕緣態(tài)和超導(dǎo)態(tài)具有相反的影響：隨著通過屏蔽減弱庫(kù)侖相互作用，絕緣態(tài)變得不那么穩(wěn)健，而在最佳摻雜下超導(dǎo)性的穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。2、結(jié)果表明，nBLG調(diào)整的主要作用是改變魔角tBLG中庫(kù)侖相互作用的強(qiáng)度。隨著屏蔽的增加，最佳摻雜下的庫(kù)珀對(duì)的形成和超導(dǎo)性變得更強(qiáng)健，這似乎是由于電子-聲子耦合同庫(kù)侖相互作用競(jìng)爭(zhēng)，從而穩(wěn)定了超導(dǎo)相。3、另外，庫(kù)侖屏蔽還可以通過改變莫爾平帶的特性（例如費(fèi)米表面的大小）來影響超導(dǎo)性。4、該結(jié)果為理論模型的理解以了解魔角tBLG的超導(dǎo)機(jī)理提供了重要的邊界約束條件。https://science.sciencemag.org/content/371/6535/1261
