普林斯顿大学 从上面看，魔角双层石墨烯类似于一种被称为莫尔的图案，因为它类似于法国织物
学分:普林斯顿大学亚兹达尼实验室
将一片碳以微小的角度放在另一片碳上，就会出现显著的特性，包括被称为超导性的高价值无电阻电流
现在，普林斯顿的一组研究人员已经在一种被称为魔角扭曲双层石墨烯的材料中寻找这种不寻常行为的起源，并检测到级联能量跃迁的特征，这有助于解释这种材料中超导性的产生
这篇论文发表在6月11日的《自然》杂志上
“这项研究表明，即使在材料成为超导材料之前，魔角石墨烯中的电子就处于高度相关的状态，”1909级物理学教授阿里·亚兹达尼说，他是做出这一发现的团队的领导者
“在这个实验中，当我们添加或移除一个电子时，能量的突然转移提供了对电子之间相互作用强度的直接测量
" 这一点很重要，因为这些能量跳跃提供了一个观察电子集体行为的窗口，比如超导性，这种现象出现在魔角扭曲双层石墨烯中，这种材料由两层石墨烯组成，顶层相对于另一层旋转一个微小的角度
在日常金属中，电子可以在材料中自由移动，但是电子之间的碰撞和原子的振动会产生电阻，并损失一些热能——这就是电子设备在使用过程中变热的原因
在超导材料中，电子协同工作
普林斯顿理论科学中心的博士后研究员，也是这项研究的第一批作者之一，他将在今年秋天成为物理学助理教授
“他们必须合作才能进入这样一个非凡的状态
" 从某些方面来看，两年前由巴勃罗·贾里洛-赫雷罗和他的团队在麻省理工学院发现的魔角石墨烯是迄今为止发现的最强超导体之一
超导性在这个系统中是相对稳定的，即使它发生在几乎没有自由运动的电子的时候
研究人员开始探索魔角石墨烯独特的晶体结构如何实现集体行为
电子不仅带负电荷，还有另外两个特征:角动量或“自旋”，以及晶体结构中可能的运动，称为“谷”态
自旋和谷的组合构成了电子的各种“味道”
该团队特别想知道这些味道如何影响集体行为，所以他们在略高于电子强烈相互作用点的温度下进行了实验，研究人员将其比作行为的母相
普林斯顿复杂材料中心博士后研究员、第一作者之一狄龙·王说:“我们测量了高温下材料中电子之间的力，希望了解这种力有助于我们理解低温下的超导体。”
他们使用了一种叫做扫描隧道显微镜的工具，在这种工具中，一个导电的金属尖端可以从魔角石墨烯中添加或移除一个电子，并检测该电子的最终能量状态
因为强相互作用的电子阻止了新电子的增加，所以增加额外的电子需要一些能量
研究人员可以测量这种能量，并由此确定相互作用力的强度
通过高分辨率扫描隧道显微镜观察到幻角石墨烯的电子性质的级联变化是外加电压的函数，其在完全占据(v = 4)和空(v = -4)之间调节电子填充
学分:普林斯顿大学亚兹达尼实验室 “我真的在放一个电子进去，看看把这个电子推进合作浴池需要多少能量，”凯文·努科尔说，他是物理系的研究生，也是第一作者之一
研究小组发现，每增加一个电子都会导致增加另一个电子所需的能量激增——如果电子能够进入晶体，然后在原子之间自由移动，情况就不会如此
由此产生的级联能量跃迁是由每种电子类型的能量跃迁引起的——因为电子需要尽可能呈现最低的能态，同时又不能与晶体中同一位置的其他电子具有相同的能量和相同的类型
该领域的一个关键问题是，电子之间相互作用的强度与没有这种相互作用时电子的能级相比如何
在大多数普通和低温超导体中，这是一个小的修正，但在罕见的高温超导体中，电子之间的相互作用被认为会显著改变电子的能级
人们对电子间相互作用如此巨大影响下的超导性知之甚少
研究人员检测到的突变的定量测量结果证实了幻角石墨烯属于电子间强相互作用的超导体类
石墨烯是一个由碳原子组成的单原子薄层，由于碳的化学性质，它们排列成一个扁平的蜂窝状网格
研究人员通过拿一块薄石墨——铅笔中使用的相同的纯碳——并用胶带去除顶层来获得石墨烯
然后，他们堆叠两个原子薄层，并将顶层旋转1°
1度—神奇的角度
这样做导致材料变成超导的，或者获得不寻常的绝缘或磁性
“如果你在1
2度，不好
它只是一种平淡无奇的金属
没有什么有趣的事情发生
但是如果你在1
努科尔说:“1度，你会看到所有这些有趣的行为。”
这种错位产生了一种被称为云纹图案的排列，因为它与法国织物相似
为了进行实验，研究人员在普林斯顿大学物理大楼的地下室——贾德温大厅——建造了一台扫描隧道显微镜
显微镜很高，占据了两层，它坐落在一块花岗岩板上，漂浮在空气弹簧上
“我们需要非常精确地隔离设备，因为它对振动极其敏感，”博士后研究助理、第一作者之一吴明秋说
狄龙·王、凯文·努克尔斯、明楚尔·欧和李彪对这项工作做出了同样的贡献
谢永龙也有贡献，他获得了博士学位
D
2019年，现为哈佛大学博士后研究员；Sangjun Jeon，现任首尔中昂大学助理教授；日本国家材料科学研究所(NIMS)的渡边健二和谷口高史；普林斯顿大学物理学教授
Andrei Bernevig
6月11日，由以色列魏茨曼科学研究所的沙哈尔·伊拉尼领导的团队在《自然》杂志上同时发表了一篇论文，其中提到了类似的一连串电子相变，该论文的作者是杰瑞罗-赫雷罗、麻省理工学院的同事、谷口高史和NIMS的渡边健二，以及柏林自由大学的研究人员
“魏茨曼团队观察到了与我们用完全不同的技术观察到的相同的转变，”亚兹达尼说
“很高兴看到他们的数据与我们的测量和解释一致
" 这项名为“魔角扭曲双层石墨烯中的电子跃迁级联”的研究，作者是狄龙·王
努科尔斯、明初、表连、谢永龙、全桑君、渡边健二、谷口高史、B
安德烈·贝纳维格和阿里·亚兹达尼发表在6月11日的《自然》杂志上
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
