研究前沿：Nature Physics-魔角石墨烯，量子临界

魔角扭曲双层石墨烯magic-angle twisted bilayer graphene，MATBG，其平带具有强关联的电子相，如关联绝缘体，超导体和奇异金属态。其中，奇异金属态 strange metal state，是理解魔角扭曲双层石墨烯MATBG电子性质的关键，不过，各种相变掩盖了这一行为，因此，不能明确地将其与经历频繁电子-声子碰撞的金属区分开来。

今日，西班牙 巴塞罗那科学技术研究院(Barcelona Institute of Science and Technology) Dmitri K. Efetov团队Alexandre Jaoui等，在Nature Physics上发文，报道了超导魔角扭曲双层石墨烯MATBG中的输运测量，其中相关绝缘态得到了屏蔽抑制。不间断金属基态显示出，电阻率在三个数量级温度上是线性的，并且跨越了广泛的掺杂范围，包括相关驱动费米面重构发生的地方。这种奇异金属行为，以普朗克散射率和线性磁阻为特征。相比之下，接近电荷中性或完全充满的平带，以及扭曲远离魔角的器件，观察到了典型的费米液体行为。实验测量表明，存在量子临界相，其涨落在整个连续掺杂中支配金属基态。此外，在超导有序抑制下，向奇异金属的转变，这证明了魔角扭曲双层石墨烯MATBG中，量子涨落和超导电性之间的关系。

Quantum critical behaviour in magic-angle twisted bilayer graphene
魔角扭曲双层石墨烯的量子临界行为。

图1：空穴掺杂的魔角扭曲双层石墨烯MATBG电阻率的温度依赖性。

图2：空穴掺杂屏蔽MATBG相图。

图3：空穴掺杂MATBG电阻率的磁场依赖性。

该项研究表明，魔角扭曲双层石墨烯MATBG具有普朗克限制的T线性电阻率，其延伸到40mK的前所未有的低温条件，并与量子B线性磁电阻同时发生。这种行为与费米液体图像和传统电子-声子散射不相容。在非魔角的整个莫尔带中，观察到费米液体行为；相反，在魔角扭曲双层石墨烯MATBG中，却推至平带边缘。因此，存在一种奇异金属相，产生于跨越一系列掺杂的量子临界区，包括但不限于费米面重构和量子涨落支配MATBG金属基态区域。实验观测揭示了，魔角扭曲双层石墨烯MATBG中，超导电性出现量子涨落主导态。虽然，量子涨落和相变之间的精确关系，以及涨落的微观本质，仍然是一个开放性问题，但该项研究工作，建立了强关联和高度可调电子莫尔系统与量子临界物质普适类之间的确定联系。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41567-022-01556-5

DOI: https://doi.org/10.1038/s41567-022-01556-5

本文译自Nature。