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时隔数月，“天才少年”曹原，带着最新Nature又来了。(太厉害！25岁曹原7篇Nature，今天一作兼通讯再发Science！) 来自美国麻省理工学院的曹原 & Jeong Min Park & Pablo Jarillo-Herrero等研究者报道了他们在魔角扭曲三层石墨烯中发现，在超过10 T的平面磁场中仍有超导性，而这已经严重违背了传统自旋单线态超导体的极大(2-3倍)泡利极限。相关论文以题为“Pauli-limit violation and re-entrant superconductivity in moiré graphene”发表在Nature上。 论文链接： https://www./articles/s41586-021-03685-y 众所周知，量子材料的最新进展，即通过将具有扭曲角度和/或晶格失配的二维材料堆叠起来，从而创造出人工的moiré超晶格。在某些moiré超晶格中，平坦带的出现引起了各种相关现象，包括相关绝缘体、铁磁相，特别是超导性。在魔角扭曲双层石墨烯(MATBG)和最近的魔角扭曲三层石墨烯(MATTG)中，均已经重复发现了强大的超导性。在这些系统中同时存在相关的绝缘体或电阻态，引起了人们对这一不寻常超导相起源的广泛兴趣。此外，MATTG具有独特的电位移场可调谐性，其超导状态可调谐至超强耦合状态。这些方面，使得MATTG成为研究moiré超导性质的一个有吸引力的平台。 超导电性源于电子间的库珀配对，而关于超导电性的一个基本问题是它的配对对称性——即空间对称性和自旋构型。前者可以分为横波、纵波、d波或其他奇异对称，而自旋构型可以是自旋单线态或自旋三重态。大多数超导体都有自旋单重态对，包括可以用Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)理论描述的传统超导体，以及铜氧化物类偶宇称非常规超导体。 相反，自旋三重态超导性的证据仅在少数系统中发现，如UPt3和UTe2。长期以来，在超流氦-3中，费米原子之间的自旋三重态对一直在研究，它表现出丰富的相图，由不同的三重态相组成。最近，由于伴随的奇偶空间对称性，对自旋三态超导产生了额外的兴趣，它可以承载对容错量子计算很重要的拓扑状态。对于存在谷自由度的系统——就像许多moiré系统的情况一样——序参量可能具有更丰富的自旋、谷和空间对称性的组合。 在此，研究者在与样品平面平行的磁场存在的MATTG中进行量子输运测量，以了解超导态的自旋配置。研究发现，魔角扭曲三层石墨烯，在超过10T的平面磁场中，仍表现出超导电性，这表明了对传统自旋单线态超导体的泡利极限的极大(2-3倍)违反。这对于一个没有强自旋轨道耦合的系统来说，是一个出乎意料的观测结果。在整个超导相上观察到波利极限违反，这表明它与可能存在的具有大超导振幅配对的伪间隙相无关。值得注意的是，研究者观察到在大磁场下的重入超导性，它存在于较窄的载流子密度和位移场范围内。这些发现表明，魔角扭曲三层石墨烯的超导性，可能是由一种导致非自旋单重态库珀对的机制驱动的，并且外部磁场可以导致具有潜在不同顺序参数的相之间的转变。该结果展示了moiré超导性的丰富性，并可能导致下一代奇异量子物质的设计。（文：水生） 图1 高平面磁场下MATTG的超导性。 图2 MATTG中的大的保利极限违反。 图3 重入超导。 图4 MATTG中超导相的场致转变。 |
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