Science：魔角石墨烯超導(dǎo)再獲重大突破！
2019-03-08 13:27:08
作者：未央 來(lái)源： 納米人
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第一作者：Matthew Yankowitz, ShaowenChen, Hryhoriy Polshyn
通訊作者：Andrea F. Young, Cory R.Dean
通訊單位：哥倫比亞大學(xué)，加州大學(xué)圣芭芭拉分校
研究亮點(diǎn)：
1. 發(fā)現(xiàn)施加壓力可以使雙層石墨烯在更大的扭曲角度產(chǎn)生從超導(dǎo)性。
2. 實(shí)現(xiàn)了對(duì)扭曲的雙層石墨烯的超導(dǎo)的系統(tǒng)調(diào)控。
電子相互作用產(chǎn)生的集合效應(yīng)是固體材料中各種奇異物理現(xiàn)象根本來(lái)源，從高溫超導(dǎo)體到分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)，它們共同點(diǎn)就在于電子帶是平坦的，許多電子態(tài)可以堆積在窄范圍的能量上，從而導(dǎo)致庫(kù)侖排斥力超過(guò)單個(gè)電子的動(dòng)能。
當(dāng)具有相似晶格常數(shù)的兩個(gè)單層二維范德華材料垂直堆疊且略微未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，則會(huì)呈現(xiàn)出周期性莫爾圖案，從而改變材料的電子態(tài)，出現(xiàn)電子平帶。2018年，來(lái)自麻省理工學(xué)院的Pablo Jarillo-Herrero和曹原團(tuán)隊(duì)在~1.1°魔角扭曲的雙層石墨烯中發(fā)現(xiàn)新的電子態(tài)，可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)絕緣體到超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，打開了非常規(guī)超導(dǎo)體研究的大門。
有鑒于此，2019年3月8日，來(lái)自哥倫比亞大學(xué)Andrea F. Young和加州大學(xué)圣巴巴拉分校的 Cory R. Dean團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)施加壓力可以使雙層石墨烯在更大的扭曲角度產(chǎn)生更強(qiáng)的電子耦合，產(chǎn)生平帶，從而產(chǎn)生超導(dǎo)性。
研究人員發(fā)現(xiàn)首先通過(guò)實(shí)現(xiàn)確認(rèn)了~1.1°魔角扭曲雙層石墨烯樣品的早期結(jié)果的關(guān)鍵方面，并通過(guò)設(shè)備優(yōu)化進(jìn)一步增加了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。與之前的報(bào)道相反的是，作者觀察到電荷中性的電子和空穴兩邊都達(dá)到半填充時(shí)出現(xiàn)圓頂相超導(dǎo)；而載流子密度增加到半填充以上時(shí)，才明顯表現(xiàn)出超導(dǎo)性。
更重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)施加靜水壓力可以用作第二個(gè)調(diào)諧旋鈕以控制電子相關(guān)性。當(dāng)層間精確地匹配每層中的低能電子態(tài)的動(dòng)量-空間分離時(shí)，產(chǎn)生魔角范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的平帶。隨著扭轉(zhuǎn)角的增加，通過(guò)施加壓力就可以增加層間耦合并恢復(fù)平帶。 作者通過(guò)使用壓力盒將兩個(gè)單層石墨烯擠壓在一起，在具有>1.1°的 更大扭曲角度，觀察到了超導(dǎo)性。因此，壓力和扭曲角度可以作為魔角范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)超導(dǎo)調(diào)控的雙重手段。
總之，這項(xiàng)研究為雙層二維材料中的超導(dǎo)性及相關(guān)機(jī)制研究提供了更多思路。
參考文獻(xiàn)：
Matthew Yankowitz, Shaowen Chen, HryhoriyPolshyn, Andrea F. Young, Cory R. Dean et al. Tuning superconductivity intwisted bilayer graphene. Science 2019, 363, 1059-1064.
http://science.sciencemag.org/content/363/6431/1059
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