研究表明 扭曲的双层石墨烯的魔术范围比先前预期的大

在材料科学和量子物理学中，“魔术角”扭曲双层石墨烯(tBLG)内的平带和相关行为引起了人们极大的兴趣，尽管其许多特性都面临激烈的争论。在《科学进展》上发表的新报告中，美国和日本物理学和材料科学系的Emilio Codecido及其同事在tBLG器件中观察到超导电性和类似Mott的绝缘体状态，其扭曲角约为0.93度。该角度比计算出的魔角小15%在以前的研究中(〜1.1°)。研究表明，tBLG的“神奇”范围比以前预期的要大。这项工作提供了大量的新信息，以破译tBLG器件中的强量子现象，以应用于量子物理学。

物理学家将“Twistronics”定义为相邻的范德华层之间的相对扭转角，以在石墨烯中产生莫尔超晶格和平坦带。该概念已成为一种新颖且独特的方法，可以显着改变和定制基于二维材料的设备属性，以实现电流流动。研究人员在近期开创性的工作中例证了Twistronics的显着效果，研究人员证明了当两个单层石墨烯层以魔术扭曲角θ= 1.1±0.1°堆叠时，出现了非常平坦的条带。

在目前的工作中，Codecido等。在扭曲的双层石墨烯(tBLG)器件中，实验观察到超晶格的第一个微带(结构特征)的一半填充处于魔角时的绝缘相。研究小组确定这是一种Mott绝缘体(一种具有超导电性的绝缘体)，在较高和较低的掺杂下均表现出超导电性。相图显示高温超导体的超导转变温度(Tc)和费米温度(T之间˚F)。这项工作引起了人们对半导体系统与能带结构，拓扑和附加魔术角有关的极大兴趣和理论争论。石墨烯。与最初的理论报道相比，实验研究很少，只是刚刚开始出现。

在这项研究中，研究团队对显示相关的绝缘和超导状态的幻角tBLG器件进行了传输测量。他们出乎意料地获得了0.93±0.01的扭转角，比已经确定的魔术角小15%，同时是迄今为止报道的最小的扭转角，并表现出超导性。这些结果表明，新的相关态可能会在tBLG器件中出现在初级魔角以下并且超出石墨烯的第一个微带。

为了制造设备，研究团队使用了“撕裂和堆叠”方法。他们将结构封装在六方氮化硼(BN)层之间。图案化为霍尔棒几何图形，其中多个引线耦合到Cr / Au(铬/金)边缘触点。他们将整个器件制造在用作背栅的石墨烯层之上。Codecido等。测量了抽运的He4和He3中的设备使用标准直流(DC)和交流(AC)锁定技术的低温恒温器。该团队记录了器件的纵向电阻(Rxx)与扩展的栅极电压(Vg)范围，并计算了温度为1.7 K时的磁场B。他们观察到小电子空穴不对称是tBLG器件固有的，如在以前的报告。研究小组注意到了这些结果，以详细说明迄今为止报道的具有超导性的tBLG器件的最小扭转角值。

在仔细检查Landau扇形图时，Codecido等人。获得了许多显着特征。例如，半充填峰和Landau水平的两倍简并与以前观察到的类似Mott的相关绝缘状态一致。研究小组展示了近似自旋谷SU(4)对称性的破坏以及新的准粒子费米表面的形成。但是，这些细节需要更精细的检查。他们还观察到超导电性的出现，这增加了Rxx(纵向电阻)，类似于之前的工作。

然后，研究小组研究了超导相的临界温度(Tc)。由于在该样品中未获得最佳掺杂的超导数据，因此科学家认为Tc可能高达0.5K。但是，该器件在从超导状态获得清晰数据之前就无法工作。为了进一步研究超导状态，他们在不同的载流子密度下测量了该器件的四端电压-电流(VI)特性。他们获得了电阻的显示，并在扩展的密度范围内观察到了超电流，并显示了在施加平行磁场时对超电流的抑制。为了深入了解研究中观察到的行为，Codecido等人。使用以下公式计算了tBLG器件的莫尔带结构具有改进参数的Bistritzer-MacDonald模型。

与先前对魔角的计算相反，研究小组表明，计算出的低能量莫尔条纹Dirac频段与高能量频段的能量隔离程度不高。尽管该装置的扭转角小于其他地方计算出的幻角，但该装置具有与以前的研究密切相关的现象(类似于Mott的绝缘和超导性)。物理学家们发现这既是意料之外的又是可取的。

在进一步评估大密度下的行为(每种能量的可用状态数)时，科学家们将观察到的特征归因于一种新出现的相关绝缘状态。他们提出了将来对状态密度(DOS)进行更精细的研究，以了解奇异的绝缘态并确定它们是否可以归类为量子自旋液体。

以这种方式，Emilio Codecido及其同事在双绞线器件中以较小的扭曲角(0.93°)观察到接近Mott状绝缘状态的超导性。这项工作表明，即使在如此小的角度和高密度下，电子相关性对莫尔超晶格性质的影响。未来的工作将研究绝缘相的自旋谷顺序，并在更低的温度下进行研究以寻找新的超导相。实验研究将与理论上的努力相结合，以了解这种行为的起源。

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