超导成果 登上Nature！

一、【科学背景】

二维材料中的超导性，尤其是由莫尔超晶格效应引发的平带超导性，近年来引起了广泛关注。扭曲的双层和三层石墨烯由于层间耦合和莫尔超晶格的相互作用，形成了低能平带，展现出强关联电子现象，部分研究已证明石墨烯系统中存在超导性。然而，尽管在莫尔结构的过渡金属二硫化物（TMDs）等其他二维材料中观察到了丰富的关联现象，超导性的强有力实验演示依然缺乏，这仍然是一个亟待解决的问题。在TMDs中，莫尔图案也能引发低能平带，并已成为实现强关联电子态的高度可调系统。尽管理论预测过渡金属二硫化物可能展现超导性，但至今尚未有明确的实验观察，表明二维平带系统中是否普遍具备超导性，或是石墨烯等结构中某些独特特性在超导性形成中发挥着关键作用。因此，如何明确二维TMDs材料中的超导机制，并确定其与平带结构的关系，成为了当前急需解决的科学问题。

二、【创新成果】

近日，哥伦比亚大学Cory R. Dean团队在Nature上发表了题为“Superconductivity in 5.0° twisted bilayer WSe₂”的论文，本文本论文首次在5.0°扭曲双层WSe₂中观测到超导性，发现其超导性与反铁磁（AFM）相的费米面重构共存，推测自旋涨落可能是配对机制的关键。研究表明，施加位移场后，莫尔带范霍夫奇点（VHs）附近的态密度增加及磁化率提升触发了AFM相，从而促进了超导态的形成，为探索二维材料中超导性与磁序的关系提供了重要线索。

图1 电子能带结构与超导口袋 © 2024 Springer Nature

图2 tWSe₂的超导性 © 2024 Springer Nature

图3 磁性和相位图 © 2024 Springer Nature

图4 超导边界的温度依赖性 © 2024 Springer Nature

三、【科学启迪】

该项成果为理解二维材料中超导性的机制提供了新的思路，特别是过渡金属二硫化物（TMDs）系统中的超导性。研究发现，WSe₂的超导性与反铁磁相的相互作用密切相关，超导配对可能由自旋涨落介导，提供了不同于常规声子介导机制的可能性。该研究揭示了超导性与Fermi表面重构、磁性有序之间的关系，进而推动了对二维材料中强关联电子态的理解，为量子材料、磁性材料以及自旋电子学领域的应用提供了宝贵的理论依据。未来，进一步研究磁性和超导态之间的相互作用以及旋转角度对相图演化的影响，将为开发新型量子材料和超导技术奠定基础。

原文详情：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08381-1