平带物理魔角多层石墨烯家族的稳健超导性研究新进展

平带物理学

魔角多层石墨烯家族中的稳健超导性

魔角双层石墨烯 (MATBG) 中关联态和超导态的发现为探索相互作用和拓扑现象提供了一个新平台。然而，尽管在莫尔系统中观察到了大量关联相，但稳健的超导性似乎并不常见，而且仅在魔角双层和魔角三层石墨烯中见过。在这里，我们在魔角四层和五层石墨烯中实现了超导性，从而建立了基于交替旋转魔角多层石墨烯的稳健莫尔超导体系列。这一结果表明，它们共享的平带在超导性中起着至关重要的作用。基于对平行磁场的测量，特别是对泡利极限的违反和旋转对称性的自发破坏，揭示了双层 (N = 2) 和大于双层 (N > 2) 结构之间的明显差异，这些差异源于它们对磁场的不同轨道响应。我们的研究结果扩展了莫尔超导体系列，并为设计新的超导材料平台提供了新的见解。

（任雅宁）

在魔角

Jeong Min Park 等人

纳特。 媽媽。 21，877–883（2022年）

交替旋转的四层石墨烯中相关性的出现

最近，交替扭曲多层石墨烯 (ATMG) 被提出作为一种新兴的莫尔条纹家族，它与双层扭曲石墨烯具有一些共同之处，并有望在魔角附近表现出类似的强电子-电子相互作用。在这里，我们研究了交替扭曲四重石墨烯 (ATQG) 样品，其扭曲角为 1.96° 和 1.52°，略偏离魔角 1.68°。我们发现，在扭曲角较大的样品中，空穴掺杂后只出现关联绝缘态的信号，而没有超导信号；而在扭曲角较小的样品中，有超导的证据，但关联绝缘态的信号被减弱。我们的结果深入了解了 ATMG 中关联相的扭曲角依赖性，并揭示了魔角附近中度耦合区域中关联的性质，其中动能和相互作用能相当。

（任雅宁）

扭曲

G.Burg 等人

纳特。 媽媽。 21, 884–889（2022）。

单层和双层扭曲石墨烯中的拓扑和相关绝缘状态成像

范德华异质结构中的平带为揭示新兴的量子电子相提供了理想的平台。一个典型的例子是在单双层扭曲石墨烯中观察到的电子关联效应的影响。在这里，我们通过扫描隧道显微镜测量了单双层扭曲石墨烯中关联绝缘态的性质，进一步导致了电子结晶相的形成。在整数填充时，强库仑相互作用导致莫尔条纹盒内平带电子的重新分布，产生费米能级态密度消失的绝缘态。此外，我们的方法可以直接可视化有序晶格，这些晶格具有拓扑甜甜圈状状态，这些状态是由电子晶体与单双层扭曲石墨烯的非平凡能带拓扑之间的相互作用产生的。我们的实验结果提供了一种将拓扑物理与扭曲范德华结构中的强电子关联相结合的有效策略。

（赵亚欣）

以及 -

李思宇等

Nat..13,4225(2022)。

旋转六方氮化硼界面色心的调整

色心平台为量子技术的发展提供了希望，六方氮化硼因其高亮度、高稳定性、光学可寻址自旋态和发射器中的宽波长覆盖范围而备受关注。然而，其典型的随机缺陷分布和复杂的介观环境阻碍了它的应用。在这里，利用阴极发光，我们展示了两个六方氮化硼片角界面处的按需激活和可控色心散射。此外，我们表明，通过调整旋转角度，色心的散射亮度可以提高两个数量级。通过施加电压可以实现几乎 100% 的亮度调节。我们的从头算 GW 和 GW 加 Bethe 方程计算表明，散射与氮空位有关，旋转角度产生的莫尔势有利于电子和空穴的结合。该机制可进一步应用于使用电子束绘制纳米级色心图案。

（周晓峰）

在硼

苏聪等人

纳特。 媽媽。 21, 896-902 (2022)

双层石墨烯中谷同位旋调控的分数量子霍尔态

二维电子气在磁场中产生朗道量子化，体系中强烈的库仑斥力导致多体关联基态的出现。量子数具有与自旋相似的性质，有助于理解和控制复杂的基态序和集体激发。双层石墨烯由于具有自旋、谷和轨道等多自由度，为二维体系中关联效应的实现提供了丰富的平台。本文构建了双栅极器件调控双层石墨烯，并利用垂直电场实现了对体系谷同位旋前所未有的精确调控。更高的样品质量有助于我们探索前期研究工作中被无序性所掩盖的机制。我们给出了在5/2填充下存在新的偶分母分数量子霍尔态的证据。5/2分数霍尔态在谷塞曼分裂消失的极限下发生自发谷极化，这与Moore-Read态自旋极化的理论预测一致。 在偶分母分数量子霍尔态附近，实验观察到在3/2和7/2填充时出现了Moore-Read波函数，在5/2和-1/2填充时出现了预测的Levin-子态。这些实验结果表明双层石墨烯中电子-空穴对称性破缺。我们构建了在3/2填充附近Jain有序分数态的全局谷极化相图。双组分复合费米子模型很好地解释了这一实验结果，并进一步证明了双层石墨烯中谷同位旋的SU(2)对称性。我们的实验为进一步操控双层石墨烯中的谷同位旋，实现新颖的拓扑序和量子信息过程提供了一种新手段。

（赵亚欣）

大厅

黄柯等

Phys. Rev. X.12，（2022 年）。

通过零伪朗道能级耦合实现石墨烯中的一维电子态

在石墨烯体系中，应变诱导的伪磁场可以模拟真实磁场，在零磁场下产生类似于真实磁场中的朗道量子化材料物理，形成的朗道能级称为伪朗道能级。有趣的是，基于伪朗道能级可以实现真实磁场下无法实现的新型电子态。本文报道了通过零伪朗道能级的强耦合在应变石墨烯体系中实现新型电子态。实验上，利用金属粒子刻蚀技术在单层悬浮石墨烯上获得了纳米尺度的一维应变通道。结果表明，在褶皱变形较大的区域测得了应变诱导的零伪朗道能级，相邻应变结构的伪朗道能级相互耦合。进一步在实空间中检测到这些零伪朗道能级的耦合，呈现出锯齿状的一维蛇形图案。相关实验结果得到了理论结果的支持。 我们的实验为实现新颖的量子态和通过应变工程调控石墨烯的电子态提供了一种新的实验手段。

（赵亚欣）

一进一出

刘逸文等人

Phys. Rev. Lett. 129，（2022 年）。

Spin/

通过栅极电压控制激子到三级转换延长单层 MoTe2 中的谷极化寿命

单层二维半导体由于其谷可寻址性而为谷电子学提供了一个有吸引力的选择。然而，激子的谷极化寿命较短，阻碍了潜在的谷电子学应用。在本文中，我们展示了一种通过有效的栅极电压控制将激子转换为三子并应用较长的三子谷极化寿命来延长谷极化寿命的方法。在电荷中性点处从激子到三子的转化使单层 MoTe2 的谷极化寿命增加了 1000 倍，达到纳秒级。激子转化为三子将去极化机制从激子的快速电子-空穴交换转变为三子的慢速自旋翻转过程。此外，通过电操控网校头条，激子的谷极化增加到 38%，三子的谷极化增加到 33%。我们的结果揭示了激子和三子的去极化动力学以及各种去极化通道的相互作用，为延长谷极化寿命提供了一种有效的策略。

（周晓峰）

门到特里昂

张其耀等人

国家. . 13, 4101 (2022)

单层半导体中电子自旋输运长度的光学探针

利用空间分辨光学泵探测技术，我们探测了单层 WSe2 中自旋谷极化电子在非常长的距离（几十微米）上的横向传输。使用圆偏振光作为泵浦光，二维电子费米海局部被泵浦到高度自旋谷极化状态（高达 75%），并利用相距一定距离的线性偏振探测激光器诱导的光致发光来映射电子极化的横向扩散。当泵浦光和探测光相距 20 μm 时，仍然可以检测到 25% 的自旋谷极化。低温下的自旋谷扩散长度为 18 ± 3 μm。对温度、泵浦螺旋性、泵浦强度和电子密度的依赖性强调了自旋弛豫时间和泵浦效率对于自旋谷锁定单层半导体中极化电子传输的关键作用。

（任雅宁）

长旋转

L. Ren（任磊）等人

Phys. Rev. Lett. 129，（2022 年）。

机械性能

石墨表面台阶揭示石墨烯的各向异性断裂

各向异性断裂韧性 G(θ) 是石墨烯的固有特性，对于石墨烯器件的制造、操作和稳健性至关重要。然而材料物理，现有结果表明，各向异性因子（即锯齿形 (ZZ) 与扶手形 (AC) 的比率）存在明显的定性和定量差异。在这里，我们通过使用机械剥离在石墨表面留下原子台阶来研究石墨烯中的各向异性断裂。观察到两种具有不同结构和行为的台阶类型，具体取决于剥离方向和局部晶格取向之间的关系。一种是与局部 ZZ 方向对齐的直台阶，另一种由纳米级 ZZ 和 AC 组成。基于台阶的微观形貌和其取向的统计数据，结合断裂力学分析，获得了各向异性因子 GZZ/GAC = 0.971，表明 ZZ 方向的断裂韧性略低。 该结果为现有的零散结果提供了实验基准，并为未来的石墨烯断裂模型提供了约束。

（任雅宁）

通过步骤

曲等人

Phys. Rev. Lett. 129，（2022 年）。

二维冰的结构特性

双层六角冰对表面对称性和波纹的鲁棒性

二维 (2D) 双层六边形冰 (BHI) 被认为是第一个本征的 2D 冰晶。然而，这种结构或其衍生物对表面对称性和波纹的稳健性仍不清楚。在这里，我们使用非接触式原子力显微镜报告了在具有 1D 波纹的金表面形成 2D BHI。在金 (110)-1×2 表面上可以看到第一润湿层的六边形排列。当更多的水分子沉积时，第一层会重新排列并收缩以形成互锁的 BHI。尽管存在悬空 OH 键，但这种互锁的 BHI 仍因强的层间键合力而表现出疏水性。此外，BHI 还可以稳定地存在于金 (100)-5×28 表面上。 该工作揭示了BHI在非六边形对称波纹表面上的意外普适性，从而为固体表面低维冰的形成或其他约束的微观解释提供了新的线索。

（周晓峰）

冰和

濮阳等

Phys. Rev. Lett. 129，（2022）

结尾