菱形石墨「透視」超導體

多層菱形石墨中的電子相分離。圖片來源：曼徹斯特大學

近日，由英國曼徹斯特大學領導的一個國際研究小組開發一種新納米材料，它能反射最初在複雜人造結構——扭曲雙層石墨烯中發現的「魔幻角度」效應。扭曲雙層石墨烯是近年來物理學研究的一個關鍵領域。相關論文8月12日刊登於《自然》。

新的研究表明，菱形石墨的特殊拓撲結構有效地提供了一種內在的「扭曲」，因此提供了一種替代介質來研究超導性的改變等效應。「這是一種有趣的替代方法，可以替代目前非常流行的關於『魔角』石墨烯的研究。」該研究作者之一Andre Geim說。

曼徹斯特大學凝聚態物理教授Artem Mishchenko說：「菱形石墨有助於更好地理解對強電子相關性很重要的材料，比如重費米子化合物和高溫超導體。」

科學家將一片石墨烯疊在另一片之上，並將其扭曲成一個「神奇的角度」，使其變成了超導體。雙扭曲層石墨烯中的相互作用對扭曲角度異常敏感，因此要製造出具有所需精度的裝置極其困難，人們必須找到足夠均勻的裝置研究其所涉及的物理學。該新研究利用菱形石墨烯打開了精確製造超導設備的一扇新大門。Mishchenko團隊現在已經觀察到，在弱穩定的菱形石墨中出現了強電子—電子相互作用——這種石墨烯層堆疊的形式與穩定的六邊形略有不同。

曼徹斯特大學團隊多年來一直在研究菱形石墨薄膜，並開發出了能生產高質量樣品的先進技術。在新研究中，研究人員修改了他們的技術保護脆弱、不穩定的石墨堆疊形式。研究人員對含有50層石墨烯的樣品進行了成像，利用拉曼光譜證實了材料的堆積順序保持完整。然後，他們用傳統方法測量了樣品的電子輸運特性——通過記錄材料在改變溫度和施加於其上的磁場強度時的電阻。

研究人員表示，通過施加電場可以打開菱形石墨的表面態中的能隙。這種間隙打開伴隨著材料電阻的滯後行為，這意味著不同的電子缺口相被分割成域——這是強相關材料的典型特徵。（來源：中國科學報 魯亦）

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2568-2

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