重磅：Nature连刊三文，MIT石墨烯超导重大发现！

第一作者：Yuan Cao

通讯作者：Pablo Jarillo-Herrero

第一单位：MIT

第一作者：Yuan Cao

通讯作者：Yuan Cao，Pablo Jarillo-Herrero

第一单位：MIT

范德华异质结构是二元构筑单元垂直堆叠而成，在二维材料丰富的功能性基础上，可以实现更多的工程化操纵。其中一个方向，就是通过控制层间扭曲角度，来调控范德华异质结的电子结构。

有鉴于此， MIT 的 Pablo Jarillo-Herrero 、 Yuan Cao 团队在魔角扭曲的双层石墨烯中发现新的电子态，可以简单实现绝缘体到超导体的转变，打开了非常规超导体研究的大门。

Pablo Jarillo-Herrero（左）和Yuan Cao（右）

Nature杂志在 2018 年 3 月 5 日以背靠背的长文形式，在网站刊登了这项还没来得及排版的重大研究成果，并配以 Eugene J. Mele 的评述。

图 1. 不同角度扭曲的双层石墨烯

Cao等人发现，堆叠的双层石墨烯中，电学行为对原子排列非常敏感，影响层间电子移动。对于物理学家而言，电学行为通常是由能量主导。而在这项研究中，单层石墨烯内原子间电子移动有关的能量在 eV 量级，而在层间的电子移动涉及的能量量级最多在几百 meV 。

要想解开这个谜题，对称性是关键！

对于结构高度有序的单层石墨烯而言，电学性能取决于对称性。研究人员制备了旋转扭曲的双层石墨烯，通过电子之间的相互作用来控制整个体系的电子态。旋转产生的位错使石墨烯层中的电子能带结构不再对齐，单胞变大。

图 2. 扭曲双层石墨烯中的电子能带结构

研究人员发现，扭曲的双层石墨烯会产生两种全新的电子态。一种电子态是 Mott 绝缘体态，来源于电子之间的强排斥作用。另一种是超导态，来源于电子之间的强吸引作用而产生零电阻。

当旋转角度小到魔角时（ <1.05 °），扭曲的双层石墨烯中垂直堆叠的原子区域会形成窄电子能带，电子相互作用效应增项，从而产生非导电的 Mott 绝缘态。在 Mott 绝缘态情况下加入少量电荷载流子，就可以成功转变为超导态。

图 3. 石墨烯超晶格中的二维超导

这项研究成果，为超导研究带来了新思路，也为全新电学性能的探索和工程化提供了良好的研究平台！