超导体

该论文第一作者张怡然，是致远学院2018届（首届致远荣誉计划）物理学方向毕业生，目前在加州理工学院攻读博士学位。他在本次研究中主要负责多层魔角石墨烯样品的制备，极低温强磁场量子输运测量，数据分析以及论文撰写。该研究首次在多层魔角石墨烯中的超导观测极大地拓展了石墨烯的强关联现象，其中的超导电性与对称破缺相的紧密联系为日后非常规超导的实验与理论发展奠定了坚实的基础。

发表在《Communications Physics》上的一篇文章讨论了通过层间扭曲对石墨烯双层的热力学稳定波纹引起的平带结构的部分填充状态。基于魔角的平带结构部分填充状态观察与扭曲双层石墨烯中超导性的对称性断裂有关。

近日，陈宇林-柳仲楷团队在该平台上开展的研究取得了首项重要成果：成功实现了对魔角三层石墨烯电子态的观测，揭示了与理论预言一致的共存狄拉克能带与莫尔平带。

这一研究结果表明转角单层-双层石墨烯体系中电子间强关联相互作用能不仅诱导出电子晶体，通过栅电压的调节还能实现对拓扑态等量子物态的调控，STS谱学成像技术还可以直观辅助观测到这些物态在空间中的演化，为强关联诱导的拓扑物理研究提供了有效的研究平台。

为了更好地理解为什么会发生这种情况，Song 和 Bernevig 创建了一个系统模型，然后用它来进行描述材料行为的精确计算。他们发现，与重费米子材料相比，他们能够描述扭曲双层石墨烯的结构。更多的工作表明，材料的参数直接对应于重费米子模型的参数。重费米子物质是那些位于元素周期表底部的物质。

现在，该小组报告说四层和五层石墨烯可以以新的神奇角度扭曲和堆叠，在低温下引起强大的超导性。这一最新发现发表在本周的《自然-材料》杂志上，将石墨烯的各种扭曲和堆叠配置确立为第一个已知的多层魔角超导体的”家族”。研究小组还确定了石墨烯家族成员之间的相似性和差异。这些发现可以作为设计实用的室温超导体的蓝图。如果家族成员之间的特性可以在其他天然导电材料中得到复制，那么它们就可以被利用，例如，在没有耗散的情况下输送电力，或者建造无摩擦运行的磁悬浮列车。

据发表于近日《自然·材料》杂志的一项最新研究，美国麻省理工学院科学家发现了多层魔角石墨烯家族中的稳健超导性。他们报告了超导魔角偏转4层和5层石墨烯的实验，将交替偏转魔角多层石墨烯建立为可靠的“莫尔超导体家族”。这是第一个已知的多层魔角超导体家族，每个家族成员都由多层石墨烯组成，以精确的角度偏转堆叠。这一新发现表明，这一家族的石墨烯中的平带在超导性中起着核心作用。

本研究阐明了魔角双层石墨烯体系平带在若干整数填充和分数填充下关联绝缘态和密度波态的本质，创新性地提出了通过非线性光学响应探测这些关联物态新奇性质的实验方案，将促进摩尔二维材料体系非线性光学性质的进一步理论与实验研究。

麻省理工学院Pablo Jarillo-Herrero，Jeong Min Park等报道了超导魔角扭曲四层和五层石墨烯的实验实现，因此将交替扭曲魔角多层石墨烯建立为稳健的莫尔超导体家族。