王者归来！Nature今年首篇魔角石墨烯文章

第一作者：Youngjoon Choi, Hyunjin Kim

通讯作者：Stevan Nadj-Perge

通讯作者单位：加州理工学院

魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）体系展示了一系列由于较强的电子-电子相互作用导致的相关性现象，这种相互作用导致Fermi面对于单位moiré晶胞中填充±1，±2，±3个电子的过程非常敏感。

虽然一些晶相表现出不为0的Chern数，许多晶相中的局部微观性质、拓扑学性质还没有得到很好的理解。

有鉴于此，加州理工学院Stevan Nadj-Perge等报道了利用扫描隧道显微技术，实现了在固定磁场中绘制MATBG的拓扑相。

图1. 组装在单层WSe₂和h-BN之间的双层魔角石墨烯及其测试表征

通过测试不同静电掺杂与磁场条件中，Fermi能级附近的局域态密度变化，构建了Landau扇形图，能够直观的在各种相中的Chern数值。作者发现在固定的磁场中，通过整数电子填充形成了六个拓扑相，来自于对称性破缺导致的一系列影响。此类拓扑相只有在魔角附近的较小角度区间内才能够形成，而且和电中性条件产生的Landau能级不同。

而且，在较低的磁场中，电中性Landau光谱就能够产生显著变化，表现出电子-空穴上的不对称现象，导致在零级朗道能级中产生较大的能级分裂（3~5 meV）。

总之，本文结果展示了电子之间的强相互作用对MATBG能带结构的影响，通过强相关作用产生与之相关联的拓扑相。

图2. LDOS对角度和磁场的依赖性

虽然魔角石墨烯超导距离其发现（2018年）仅仅过去了2年多，其还是以迅雷不及掩耳之势获得广泛关注，仅仅过去2年（2020年），就先后斩获巴克利奖和沃尔夫奖。

从新材料的王者-石墨烯衍生出来的一个新领域，可能代表一种潜在的新型可能普适性超导机制。此外，由于其能够很好的进行电、磁调控，其在量子材料、电子器件、甚至是电池领又吸引了一大批研究者的关注。

期待石墨烯和其他二维材料在超导之路上越走越远！

参考文献：

Choi, Y., Kim, H., Peng, Y. et al. Correlation-driven topological phases in magic-angle twisted bilayer graphene. Nature (2021).

DOI: 10.1038/s41586-020-03159-7

https://www.nature.com/articles/s41586-020-03159-7