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第一作者：Matthew Yankowitz, ShaowenChen, Hryhoriy Polshyn

通讯作者：Andrea F. Young, Cory R.Dean

通讯单位：哥伦比亚大学，加州大学圣芭芭拉分校 

研究亮点：

1.    发现施加压力可以使双层石墨烯在更大的扭曲角度产生从超导性。

2.    实现了对扭曲的双层石墨烯的超导的系统调控。

 许多材料的电子特性可以通过假设无相互作用的电子简单地填充能带得以描述，然而，对于具有窄色散平坦能带的材料，由于其中动能相对于库仑作用能较小，因而电子具有无相互作用的假设难以成立，与之相反，电子基态可以通过最小化的电子间库仑排斥相互作用得以驱动。最近的研究表明，在由层状二维材料组成的异质结中，只需调整层间的旋转顺序即可实现窄的孤立能带。双层石墨烯就是一个典型的例子，其由两个垂直堆垛的单层石墨烯构成，堆垛序列为AB型（Bernal）。将石墨烯层从Bernal堆垛处旋转到所谓的“魔角”（~1.1°）处，可以实现莫尔超晶格与层间杂化的相互作用，在电荷中性点处形成孤立的平坦能带。在该平带角处，最近的实验已经证明，对于空穴型载流子，半带填充时的绝缘相与半带稍远填充时掺杂的超导性有一定关联。
扭曲双层石墨烯（tBLG）超导性的发现引起了研究人员的极大兴趣，部分原因在于它可能源自于一种非常规的电子介导的配对机制，并且材料的组成很简单，即只有碳原子。在tBLG中，整个超导相图可以通过场效应门在单个器件中得以访问，此外，tBLG中可用的自由度（包括扭角控制、层间分离及由位移场引起的层间不平衡等）为从实验上调整电子结构成为可能，这在以前所研究的超导体中已被证明难以实现。

有鉴于此，2019年3月8日，来自哥伦比亚大学Andrea F. Young和加州大学圣巴巴拉分校的 Cory R. Dean团队合作，发现施加压力可以使双层石墨烯在更大的扭曲角度产生更强的电子耦合，产生平带，从而产生超导性。

研究人员发现首先通过实现确认了~1.1°魔角扭曲双层石墨烯样品的早期结果的关键方面，并通过设备优化进一步增加了实验结果的准确性。与之前的报道相反的是，作者观察到电荷中性的电子和空穴两边都达到半填充时出现圆顶相超导；而载流子密度增加到半填充以上时，才明显表现出超导性。

更重要的是，研究人员发现施加静水压力可以用作第二个调谐旋钮以控制电子相关性。当层间精确地匹配每层中的低能电子态的动量-空间分离时，产生魔角范德华异质结构的平带。随着扭转角的增加，通过施加压力就可以增加层间耦合并恢复平带。 作者通过使用压力盒将两个单层石墨烯挤压在一起，在具有>1.1°的 更大扭曲角度，观察到了超导性。因此，压力和扭曲角度可以作为魔角范德华异质结构超导调控的双重手段。

总之，这项研究为双层二维材料中的超导性及相关机制研究提供了更多思路。

文章来源：https://mp.weixin.qq.com/s/gYxC6A1tKbfgbMkQYYdmIA