上海科技大学Nature，魔角石墨烯超导！

来源：今日新材料

魔角石墨烯，是一种由碳原子构成的二维晶体材料，其原子排列呈六角形网格状，并以一定的角度错位叠加，形成了具有特殊电子性质的晶格结构。魔角石墨烯是由诺贝尔物理学奖得主安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫于2018年发现的，其独特的电子性质引起了材料科学、电子学和纳米技术领域的广泛关注。

魔角石墨烯自2018年发现以来，因其超导电性和强关联电子特性成为国际凝聚态物理研究的热点。其超导性来源于双层转角石墨烯在“魔角”条件下的平展能带，这极大增强了电子的相互作用，为研究莫特绝缘态、高温超导等强关联电子体系提供了新平台。此外，魔角石墨烯中还存在独特的量子反常霍尔效应拓扑态，为实现拓扑超导等奇异量子态提供了可能。这一基础研究的成果，具有潜在的量子计算应用价值。魔角石墨烯中存在的多种新奇电子态及其复杂的相互作用吸引科学家们开展了大量实验和理论研究，但对其精细的电子结构，特别是对其超导现象起源的理解，目前仍未有定论。

12月12日，上海科技大学Cheng Chen, 陈宇林Yulin Chen，麻省理工学院Kevin P. Nuckolls，埃默里大学（Emory University）Yao Wang等，在《Nature》上发文，通过利用具有微米空间分辨率的角分辨光电发射光谱，揭示了超导魔角双层石墨烯MATBG中的平带复制品，其中魔角双层石墨烯MATBG与其六方氮化硼衬底不对准。

这些复制品显示出了均匀的能量间隔，大约150±15MeV，这表明强烈的电子-玻色子耦合。引人注目的是，在非超导双层转角石墨烯twisted bilayer graphene (TBG)系统中，无论是当魔角双层石墨烯MATBG与六方氮化硼对齐时，还是当双层转角石墨烯TBG偏离魔角时，这些复制品都不存在。计算表明，在超导双层转角石墨烯MATBG中，这些平带复制品的形成，归因于平带电子和石墨烯K点处的光学声子模式之间强耦合，这是由谷间散射促进的。

尽管这些发现并不一定将电子-声子耦合作为双层转角石墨烯MATBG超导电性的主要驱动力，但揭示了超导双层转角石墨烯MATBG固有的电子结构，从而为理解超导电性来源的不寻常电子景观提供了关键信息。

图1:μ-ARPES测量和魔角双层石墨烯magic-angle twisted bilayer graphene，MATBG器件几何结构。

图2:超导魔角双层石墨烯MATBG（六方氮化硼hBN未对准）中，平带复制品的观察。

图3:在非超导双层转角石墨烯twisted bilayer graphene，TBG器件中，不存在平带复制品。

图4: 魔角双层石墨烯MATBG中的谷间电子-声子耦合electron–phonon coupling，EPC。

文献链接：

Chen, C., Nuckolls, K.P., Ding, S. et al. Strong electron–phonon coupling in magic-angle twisted bilayer graphene. Nature 636, 342–347 (2024).

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08227-w

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