魔角石墨烯，一天2篇Nature！

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2025-02-10 07:50

主要观点总结

本文报道了关于魔角扭曲三层石墨烯（TTG）和魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）的超流体刚度研究。通过射频反射测量技术和微波谐振器的探测，揭示了这两种材料非常规的节点超导特性。研究表明，超流体刚度与温度呈线性关系，电流偏置依赖表现出非线性迈斯纳效应，这些特征表明超导序参数在动量空间中存在节点结构。掺杂依赖性分析显示超流体刚度与超导转变温度呈线性关联，符合铜氧化物中的Uemura关系特征。此外，研究还发现量子几何效应对超导态的相位刚度和超流响应起主导作用，支持存在各向异性的超导能隙。这些研究为理解石墨烯基超导体的微观机制提供了关键约束和实验证据。

关键观点总结

关键观点1: 魔角扭曲三层石墨烯（TTG）的超流体刚度研究

通过射频反射测量技术探测其动力学感应响应，发现非常规节点超导特性，揭示了超导序参数在动量空间中的节点结构。

关键观点2: 魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）的超流体刚度实验研究

通过将MATBG集成到微波谐振器中并测量其动力学电感，发现超流体刚度与量子几何效应密切相关，表现出各向异性的超导能隙。

关键观点3: 超流体刚度的特性

超流体刚度在温度、直流和微波电流下呈现出特定的依赖关系，这符合Ginzburg-Landau理论的预期，揭示了超导机制与库珀对动量偏移的关系。

正文

麻省理工学院 William D. Oliver 、 Pablo Jarillo-Herrero 和 Joel Î-j. Wang 报道了 魔角扭曲三层石墨烯（TTG）中超流体刚度（ ρ _s ）的测量研究，揭示了其非常规节点超导特性 。通过射频反射测量技术，研究人员将超导TTG耦合至微波谐振器，探测其动力学感应响应，发现低温下 ρ _s 随温度呈线性依赖关系，且电流偏置依赖中表现出非线性迈斯纳效应，这些特征均表明超导序参数在动量空间中存在节点结构。此外，掺杂依赖性分析显示零温超流体刚度 ρ _s0 与超导转变温度 T _c 呈线性关联，符合铜氧化物中Uemura关系的特征，表明超导性由相位涨落而非库珀对强度主导。结合理论计算的非抛物能带结构及节点准粒子激发模型，研究进一步指出TTG的超导机制与强关联电子态及量子几何效应密切相关，为理解石墨烯基超导体的微观机制提供了关键约束。

哈佛大学 Philip Kim 、 Kin Chung Fong 报道了魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）中超流体刚度（ D s ）的实验研究 。通过将MATBG集成到微波谐振器中并测量其动力学电感，研究人员发现超流体刚度远大于传统费米液体理论的预期值，而与量子几何效应的理论预测一致，表明量子几何对超导态的相位刚度和超流响应起主导作用。实验显示，超流体刚度的温度依赖性遵循幂律行为（指数范围 n = 2 − 3 ），排除了各向同性BCS超导体的指数依赖，支持存在各向异性的超导能隙。此外，超流体刚度在直流和微波电流下均呈现二次依赖关系，符合Ginzburg-Landau理论对电流导致库珀对动量偏移的预期。研究进一步揭示了MATBG非常规超导特性与量子几何的紧密关联，为理解平带体系中超导机制提供了关键实验证据。