麻省理工Nature子刊：新兴的莫尔超导体家族—魔角多层石墨烯家族

01【导读】

魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）中相关态和超导性的发现为探索相互作用驱动和拓扑现象建立了一个新平台。然而，尽管在莫尔系统中观察到大量相关相，但稳健的超导性似乎是最不常见的，仅在 MATBG 中发现，最近在魔角扭曲三层石墨烯（MATTG）中发现。值得注意的是，MATTG中的超导性在面内磁场中持续存在约3 倍于传统 BCS 超导体的泡利极限。而 MATBG 中的临界磁场并没有明显违反其标称泡利极限。MATBG 和 MATTG 之间的异同引发了新的思考，即实现稳健的莫尔超导所需的关键成分是什么，以及这两个系统是否可能是更大的新型超导体家族的一部分。实际上，研究人员希望找到一种可靠的方法来构建新的莫尔超导体，因为单靠平带的存在并不能保证超导性，正如其他几个基于石墨烯的莫尔系统所证明的那样。此外，这样的研究还可以极大地帮助理解这些超导体背后的机制。

02【成果掠影】

近日，麻省理工学院的实验物理学家Pablo Jarillo-Herrero课题组发表了研究性论文，报告了超导魔角扭曲四层和五层石墨烯的实验实现，将交替扭曲魔角多层石墨烯建立为强大的莫尔超导体家族。这一发现表明，成员共享的平带在超导性中起着核心作用。在平行磁场中的测量，特别是对泡利极限违反和自发旋转对称性破坏的研究，揭示了 N=2 和 N>2 层结构之间的明显区别，这与它们对磁场的轨道响应之间的差异一致。该研究结果扩展了新兴的莫尔超导体家族，为设计新的超导材料平台提供了新的见解和潜在的影响。

相关综述文章以“Robust superconductivity in magic-angle multilayer graphene family”为题发表在Nature Materials上。本文的第一作者为麻省理工学院物理系的研究生Jeong Min Park和曹原博士。

03【核心内容】

1. 作者将交替扭曲魔角多层石墨烯建立为强大的莫尔超导体家族。从N=2到N=5的魔角家族所有成员中发现超导性对其机制具有深远的影响。无论层数如何，超导性的存在意味着所有这些系统共享的特殊平带可能在形成强大的超导性方面发挥关键作用。
2. 此外，所有这些结构共有的 C_2zT 对称性也可能是超导稳健性背后的重要因素，因为迄今为止研究的大多数缺乏这种对称性的莫尔系统似乎都不是稳健的超导体。

04【数据概览】

图一、魔角多层石墨烯© 2022 The Authors

图二、MAT4G 和 MAT5G 中的稳健超导性© 2022 The Authors

图三、超导状态的面内磁场依赖性© 2022 The Authors

图四、平面内磁场轨道效应© 2022 The Authors

作者简介

Pablo Jarillo-Herrero，麻省理工学院的 Cecil 和 Ida Green 物理学教授。1999 年在西班牙瓦伦西亚大学获得了物理学学位，2001年获得了加州大学圣地亚哥分校硕士学位，2005年于获得代尔夫特理工大学博士学位，2006年以Nano Research Initiative Fellow的身份加入当时还在哥伦比亚大学，2008 年 1 月加入麻省理工学院担任物理学助理教授，并于 2015 年获得终身教职。他于 2018 年晋升为物理学正教授。获得奖项包括:西班牙皇家学会青年研究者奖(2006)，美国国家科学基金会职业奖(2008)，IUPAP半导体物理学青年科学家奖(2010)，美国能源部早期职业生涯奖(2011)，科学家和工程师早期职业生涯总统奖(PECASE, 2012)，ONR青年研究者奖(2013)，摩尔基金会量子系统实验物理学研究者奖(2014)。Jarillo-Herrero教授被Clarivate Analytics-Web of Science选为高引用学者(2017年至今)，并被选为APS研究员(2018年)、加拿大高级研究院量子材料项目研究员(CIFAR, 2019年)。Jarillo-Herrero教授获得了2020年美国物理学会Oliver E. Buckley凝聚态物理学奖、2020年Wolf物理学奖、2020年西班牙皇家物理学会奖章、2021年Lise Meitner杰出演讲和奖章，以及2021年美国国家科学院科学发现奖。

文献链接：Park, J.M., Cao, Y., Xia, LQ. et al. Robust superconductivity in magic-angle multilayer graphene family. Nat. Mater. (2022). https://doi.org/10.1038/s41563-022-01287-1.

​本文由景行供稿。