魔角石墨烯再发Nature！

稀、饭 1年前 (2023-11-27) 2150浏览

一、【导读】

自发对称性破缺是凝聚态物理的基础，因为新的量子相的出现通常伴随着对称性的减少。在强关联领域，超导性通常与其他形式的对称性破缺同时发生，研究它们之间的复杂关系对许多平台来说都是一个巨大的挑战，这些平台包括不断增长的扭曲石墨烯多层材料家族。其中魔角扭曲三层石墨烯（MATTG）表现出一系列强关联的电子相，这些电子相自发地破坏了其潜在的对称性。扫描隧道显微镜(STM)是一种成熟的工具，用于识别某些对称破缺状态，特别是那些通过局部状态密度(LDOS)分布在实际空间中留下直接明显标志的状态。然而，在魔角扭转多层中创建足够大、足够干净和低应变的区域的任务本身就很困难，迄今为止，STM无法生成足以明确诊断微观对称破缺顺序的电子结构空间图。因此，之前的研究主要集中在观察光谱特征和基本结构表征，特别是在MATTG的背景下。直到最近，这一挑战才在扭曲的双层结构中得到解决，但是，MATTG还没有在对称破缺序的背景下进行探索。

二、【成果掠影】

加州理工学院Hyunjin Kim和Stevan Nadj-Perge研究团队使用扫描隧道显微镜研究了MATTG的相关相位，并确定了相互作用驱动的空间对称性破缺的显著特征。在低应变样品中，在每个莫尔晶胞大约两到三个电子或空穴的填充范围内，观察到石墨烯晶格的原子尺度重建，并伴随着隧穿光谱中的关联间隙。这种短尺度的重组表现为一个Kekulé超晶胞（意味着电子之间自发的谷间相干性），并在与能隙发展相一致的大范围磁场和温度下持续存在。覆盖多个莫尔晶胞的大尺度图谱进一步揭示了Kekulé模式的缓慢演化，表明原子尺度的重建与更长的莫尔尺度上的平移对称性破缺共存。使用自相关和傅立叶分析来提取这些相位的本征周期性，发现它们与理论上提出的非公度Kekulé螺旋（IKS）序一致。此外，当空穴掺杂远离能带的半填充时，表征莫尔尺度调制的波长单调减小，并且对磁场的依赖性较弱。该研究结果为在应变存在下MATTG相关相的性质提供了重要见解，并表明超导性可以从谷间相干母态中产生。相关研究成果以“Imaging inter-valley coherent order in magic-angle twisted trilayer graphene”为题发表在国际期刊Nature上。