在常规超导体中，库珀对的形成是由声子介导的。然而，在魔角石墨烯等莫尔超材料中，超导相的配对机制仍然是一个未解之谜，尚未明确是由电子相互作用、声子还是两者的组合驱动的。本文通过研究扭曲双层石墨烯（tBLG）中的超导电性，特别是其如何受到介电环境的影响，旨在揭示这一机制。tBLG因其独特的电子结构和在魔角（约1.05°）下展现出的超导和关联绝缘态而备受关注。实验通过将tBLG放置在具有大且可调介电常数的SrTiO3（STO）衬底上，通过原位调节介电常数，研究了超导电性的变化。
实验采用了“切割堆叠”方法和干转移技术来制备tBLG器件，其中tBLG被放置在STO衬底上，并通过薄层六方氮化硼（hBN）与STO隔离。STO衬底是一种近顺电体，其介电常数随温度变化，在低温下可达到25,000。通过施加电压到STO背栅，可以控制STO衬底的极化相位，从而调节有效介电环境。每个tBLG器件还耦合了一个石墨顶栅，用于独立控制总电荷载流子密度n。实验在稀释制冷机中进行，测量了不同背栅电压Vbg和顶栅电压Vtg下的纵向电阻Rxx，并研究了超导穹顶（superconducting dome）的变化。
图1展示了设备D1（θ=1.05°，hBN间隔层厚度d=3nm）在1.7K下的纵向电阻Rxx随外磁场B和顶栅电压Vtg的变化。在B=0V时，观察到在ν=0和4处的带绝缘体，以及在ν=1, ±2和3处的关联绝缘态（CI）。这些CI态在Landau扇形图中从整数填充处起源，表明设备具有高质量。通过进一步在稀释制冷机中测量（基温20mK），发现通过调节STO背栅的介电常数，可以显著影响超导穹顶。图1e展示了Rxx随Vtg和Vbg的变化，显示出超导穹顶的完整调节，表明随着STO衬底介电常数的增加，超导性被强烈抑制。这一发现表明，超导性在tBLG中强烈依赖于介电环境，与理论模型预测一致，即配对机制源于库仑相互作用，并受到等离子体、电子-空穴对和纵向声学声子的屏蔽。
文献：https://doi.org/10.1038/s41567-026-03243-1
Double-edged role of interactions in superconducting twisted bilayer graphene
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