&

發(fā)表17篇NS，曹原的導(dǎo)師Pablo Jarillo-Herrero教授有多牛！

2020-12-21 11:15:33 作者：本網(wǎng)整理來源：高分子科學(xué)前沿分享至：

近日，頂級學(xué)術(shù)期刊Nature再次上線了一篇有關(guān)于魔角石墨烯的論文，來自普林斯頓大學(xué)的Ali Yazdani研究團(tuán)隊報道了一種基于密度調(diào)諧掃描隧道光譜學(xué)（density-tuned scanning tunneling spectroscopy）的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對魔角石墨烯中Chern數(shù)C=±1，±2和±3的拓?fù)浣^緣相的檢測。研究證明了在莫爾平帶系統(tǒng)中的強(qiáng)關(guān)聯(lián)可以產(chǎn)生相關(guān)的物質(zhì)拓?fù)湎?，以題為“Strongly correlated Chern insulators in magic-angle twisted bilayer graphene”的論文于12月14日發(fā)表在Nature上，這已經(jīng)是魔角石墨烯第15篇Nature&Science了，大有再次問鼎諾獎之勢。而這一切，都要從2018年3月說起。

640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1.jpg

【魔角石墨烯開創(chuàng)者，轉(zhuǎn)角電子學(xué)的開山鼻祖】

2018年3月，頂尖學(xué)術(shù)期刊《Nature》以背靠背的形式發(fā)表了麻省理工凝聚態(tài)物理學(xué)家Pablo Jarillo-Herrero課題組的兩篇論文，首次揭示了當(dāng)將兩層石墨烯堆疊起來并旋轉(zhuǎn)~1.1°（“魔角”），就可以簡單實(shí)現(xiàn)從絕緣體到超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，從實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證了2011年德州大學(xué)奧斯汀分校的物理學(xué)教授 Allan MacDonald 和其博士后 Rafi Bistritzer在PNAS上發(fā)表的有關(guān)于“魔角石墨烯的”預(yù)言，開啟了非常規(guī)超導(dǎo)體研究的時代。當(dāng)時，斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者 Robert Laughlin 說，“我們可以期待在接下來的幾個月里，會有瘋狂的實(shí)驗(yàn)活動來填補(bǔ)藍(lán)圖中缺失的部分”。正如Robert所言，從那之后，魔角石墨烯便一發(fā)不可收拾，接連登上《Nature》&《Science》，成為了國際前沿研究領(lǐng)域最熱門的話題。

Pablo Jarillo-Herrero教授

如今這個被稱為“轉(zhuǎn)角電子學(xué)”的新興領(lǐng)域吸引著每一個研究人員，嘗試把自己最中意的材料疊放起來做旋轉(zhuǎn)。與此同時，更多的研究人員也參與進(jìn)來研究魔角石墨烯的非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)制，是否與高溫超導(dǎo)的機(jī)制相同，或是對高溫超導(dǎo)起到極大的推動作用。而這一新興領(lǐng)域的開創(chuàng)者Pablo教授，也因此獲得了今年的沃爾夫物理學(xué)獎和巴克利獎。前者經(jīng)常被認(rèn)為是諾貝爾物理學(xué)獎以外，物理學(xué)界最重要的獎項(xiàng)之一。其中約有1/3的沃爾夫物理學(xué)獎得主榮獲得諾貝爾物理學(xué)獎。后者則是凝聚態(tài)物理界最高獎。中科院北京凝聚態(tài)物理國家研究中心的首席科學(xué)家丁洪認(rèn)為Pablo很有可能在不久的將來就可以憑借該領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作獲得諾貝爾獎。畢竟，在Heike Kammerlingh Onnes發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象的這109年里，有關(guān)于超導(dǎo)現(xiàn)象的相關(guān)研究與理論已經(jīng)獲得了四次諾貝爾物理學(xué)獎（1972年，超導(dǎo)微觀理論；1973年，半導(dǎo)體和超導(dǎo)體的隧道效應(yīng)；1987年，陶瓷材料的超導(dǎo)性方面的突破；2003年，超導(dǎo)體和超流體理論做出的先驅(qū)性貢獻(xiàn)）。

【一路開掛的人生】

Pablo Jarillo-Herrero出生于西班牙的巴倫西亞，1999年本科畢業(yè)于西班牙巴倫西亞大學(xué)物理專業(yè)，2001年獲得了加州大學(xué)圣地亞哥分校碩士學(xué)位，之后轉(zhuǎn)戰(zhàn)荷蘭于2005年于獲得代爾夫特理工大學(xué)博士學(xué)位，在本校短暫繼續(xù)了一段博后之后，于2006年以Nano Research Initiative Fellow的身份加入當(dāng)時還在哥倫比亞大學(xué)的超級大佬Philip Kim（兩篇石墨烯nature論文引用超萬次）課題組。2008年1月開始加入麻省理工學(xué)院先是擔(dān)任物理學(xué)助理教授，并于2018年成為正教授。截止目前，他獲得了包括2006年的西班牙皇家學(xué)會青年研究員獎，2008年的NSF職業(yè)獎，2009年的Alfred P. Sloan獎，2009年的David和Lucile Packard獎，2010年的IUPAP青年科學(xué)家半導(dǎo)體物理學(xué)獎，2011年的美國能源部早期職業(yè)獎，以及2020年凝聚態(tài)物理最高榮譽(yù)Buckley獎和2020年沃爾夫物理學(xué)獎等眾多獎項(xiàng)。

根據(jù)Google Scholar，Pablo在博士期間就以第一作者在Nature上發(fā)表了兩篇論文，截止今日，他一共發(fā)表了17篇Nature&Science，論文總被引次數(shù)高達(dá)27900多次，h因子為68。其中，有關(guān)于魔角石墨烯的文章共6篇，讓我們一起來看看吧。

1.Nature:魔角石墨烯超晶格中半填充時的相關(guān)絕緣體行為

第一作者：曹原

內(nèi)容簡介：文章主要報道了堆疊雙層石墨烯的轉(zhuǎn)角接近魔角時（1.1°），能帶結(jié)構(gòu)會接近于一個零色散的能帶，從而可能導(dǎo)致在這個能帶被半填充的時候會經(jīng)過一個金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變變成一個莫特絕緣體。研究人員以確鑿的證據(jù)觀測到了這個絕緣相，并分析了其對溫度和磁場的響應(yīng)。這篇工作的主要意義在于提供了一種全新的、可調(diào)節(jié)的平臺用來研究電子-電子的強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)。

魔角石墨烯的電子能帶結(jié)構(gòu)

2、Nature:魔角石墨烯超晶格中的非常規(guī)超導(dǎo)特性

第一作者：曹原

內(nèi)容簡介：當(dāng)堆疊的雙層石墨烯的轉(zhuǎn)角接近魔角時（1.1°），堆疊的原子區(qū)域會形成窄電子能帶，電子的相互作用效應(yīng)增強(qiáng)，從而產(chǎn)生非導(dǎo)電的莫特絕緣體相。在改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)條件和儀器設(shè)備之后，研究人員發(fā)現(xiàn)莫特絕緣體相中摻雜少量電荷載流子，就會發(fā)生超導(dǎo)相變，并且在多個樣品中觀察到了類似的現(xiàn)象。該研究提供了一個前所未有的體系以供物理學(xué)家研究困擾了30年之久的高溫超導(dǎo)之惑。

石墨烯超晶格中的二維超導(dǎo)特性

3、Nature: 扭曲雙層石墨烯中的可調(diào)關(guān)聯(lián)態(tài)和自旋極化相

第一作者：曹原

內(nèi)容簡介：本文研究了新的基于小角度扭轉(zhuǎn)的雙層-雙層石墨烯體系。該體系能夠調(diào)控石墨烯的相關(guān)絕緣體狀態(tài)，而且對扭轉(zhuǎn)角和電場位移場都高度敏感。該研究報道的相關(guān)態(tài)對磁場的響應(yīng)，證明了自旋極化基態(tài)的存在，這是在之前的魔角石墨烯體系中所觀察不到的，該結(jié)果為進(jìn)一步探索多平帶扭曲超晶格中扭曲角和電場控制的相關(guān)相態(tài)提供了新的思路。

扭曲雙層石墨烯的結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)特性

4、Nature:魔角石墨烯的扭曲角無序與朗道能級圖

第一作者：A. Uri

內(nèi)容簡介：本文主要關(guān)注的是扭轉(zhuǎn)角的分布信息。研究人員以六方氮化硼封裝的魔角雙層石墨烯為研究對象，使用納米級針尖掃描超導(dǎo)量子干涉裝置獲得處于量子霍爾態(tài)的朗道能級的斷層圖像，并繪制了局部扭轉(zhuǎn)角的變化圖。結(jié)果表明，扭轉(zhuǎn)角的無序程度與魔角石墨烯的傳輸特性密切相關(guān)，這種因?yàn)榕で翘荻榷a(chǎn)生的內(nèi)部電場可能為光電或是熱電應(yīng)用領(lǐng)域的原子層級扭轉(zhuǎn)二維材料提供研究制定方向。

魔角石墨烯中平帶與色散帶全局和局部量子霍爾特征對比

5、Nature:魔角石墨烯的級聯(lián)相變與狄拉克還原

圖片第一作者：U. Zondiner

內(nèi)容簡介：該研究發(fā)現(xiàn)魔角石墨烯的能帶在整數(shù)填充附近經(jīng)歷了劇烈的轉(zhuǎn)變，相關(guān)聯(lián)的相起源于具有非常規(guī)能帶序列的高能態(tài)，在遠(yuǎn)高于超導(dǎo)和絕緣態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度下觀察到了相變和類狄拉克電子特征。這項(xiàng)研究為揭示魔角石墨烯的超導(dǎo)和絕緣態(tài)之間相互作用關(guān)系提供了新的思路。

測試裝置及儀器表征

6、Nature:莫爾異質(zhì)結(jié)中的非常規(guī)鐵電性

第一作者：Zhiren Zheng

內(nèi)容簡介：本文以六方氮化硼封裝的魔角雙層石墨烯為研究對象，通過使雙層石墨烯與頂部或底部的氮化硼晶體對齊并引入莫爾超晶格電勢之后，發(fā)現(xiàn)石墨烯電阻出現(xiàn)了明顯的鐵電行為。且位移場和電子填充的響應(yīng)函數(shù)超出常規(guī)鐵電體的范圍。進(jìn)一步研究表明，在雙層石墨烯-氮化硼莫爾異質(zhì)結(jié)中，存在著一種非常規(guī)奇偶校驗(yàn)電子排序。這項(xiàng)研究為原子級超薄、高速可編程的碳基存儲設(shè)備提供了新思路。