研究解释扭曲双层石墨烯的振动光谱

通过以直角旋转石墨烯片，两层中电子的相互作用可以产生新的电子性质。当扭曲到特定的魔角时，堆栈表现出在普通石墨烯中未观察到的行为，例如超导性。

研究：Corrugation-driven symmetry breaking in magic-angle twisted bilayer graphene. 图片来源：MZinchenko/Shutterstock.com

尽管基于先前预测的平坦带结构，各种物理性质与层间扭转角相关联，但该初步模型中缺少一些关键观测值，例如超导相关的条纹电荷顺序和向列相。

发表在《Communications Physics》上的一篇文章讨论了通过层间扭曲对石墨烯双层的热力学稳定波纹引起的平带结构的部分填充状态。基于魔角的平带结构部分填充状态观察与扭曲双层石墨烯中超导性的对称性断裂有关。

此外，高波纹和低波纹之间的差异解释了扭曲双层石墨烯振动光谱的发展，这归因于扭曲角。本研究中观察到的面外变形模式促进了费米能量区域状态的部分填充，这可能有助于消除局部扭转角的无序效应。这抑制了魔角扭曲双层石墨烯中的非常规超导性和相应的绝缘体行为。

魔角扭曲双层石墨烯

围绕魔角的扭曲双层石墨烯系统是实现各种有趣量子相的理想平台，例如相关绝缘体，量子异常霍尔态和非常规超导性。

在扭曲的双层石墨烯中，在1.08度的魔角周围观察到摩尔纹扁平条带，这在理论上是使用紧密结合模型确定的。由于电子 – 电子库仑相互作用而观察到平坦的带。

此外，在扭曲双层石墨烯的魔角条件下，观察到了几种奇异的物理现象，包括伪间隙态、条纹电荷顺序和与高温超导相关的向列相。

除了电子行为外，扭曲双层石墨烯中的魔角也表现出语音效应。这方面的见解是，关键的电子特性由层间扭转角调谐，该扭曲角调整由晶格之间不相容和可比性的区域产生的摩尔纹超晶格。

低扭转角通过产生大的相应三角形AB / BA区域而使摩尔纹超晶格松弛，而不相称的AA和SP区域收缩。已经对面内变形对扭曲双层石墨烯的电学特性的影响进行了大量研究。

尽管先前的连续介质计算显示出显著的面外变形，但面外变形的作用尚不清楚。在这方面，最近在屈曲单层石墨烯中观察到的带状扁平和相关状态证明了平面外变形效应对扭曲双层石墨烯电子结构的意义。

魔角扭曲双层石墨烯中的对称性破坏

本研究表明，在低扭转角状态下，如果摩尔纹超电池的周期足够大，则较大的面外变形具有热力学稳定性。此外，该研究定义了波纹与平带部分填充之间的相关性，并使用单粒子模型证明了魔角扭曲双层石墨烯的对称性破坏。

研究结果表明，由于扭曲角，在扭曲双层石墨烯中实验观察到的振动光谱。魔角扭曲双层石墨烯的相图具有耦合的绝缘和超导相，这支持了系统不寻常的超导性。

然而，最近的研究表明，在没有相对绝缘相的情况下，常规的超导性也可能表现为魔角扭曲的双层石墨烯。此外，由于扭曲双层石墨烯中不寻常的超导性，该应变在对称性破坏中起着至关重要的作用。

单粒子物理学证明了伪间隙态和光谱重量转移，为高波纹模式提供了能量优势的证据。这些观测结果类似于高温超导体中的类似现象。

最近，在以六方氮化硼（hBN）为衬底的高度波纹单层石墨烯中观察到耦合态和破坏对称性。因此，在试图解释魔角扭曲双层石墨烯中超导态的独特特性时，还应考虑较大的面外变形。

当它使费米能级远离电荷中性时，波纹的弯曲模式也有望产生与魔角扭曲双层石墨烯中角度无序引起的未屏蔽电场相当的影响。使用这种变形可能具有施加后栅极电压以调节产生的电场的作用。

结论

总体而言，本研究表明，需要进一步的研究来充分了解扭曲双层石墨烯中过度波纹的影响。这种效应可以通过施加电场或使用扭曲的双层石墨烯具有不同附着力的基板来实验观察。

因此，扭曲双层石墨烯体系中的波纹程度也可以被调节，从而在魔角扭曲双层石墨烯中具有操纵超导态的有趣潜力。

参考

Rakib, T., Pochet, P., Ertekin, E., Johnson, H.T. (2022). Corrugation-driven symmetry breaking in magic-angle twisted bilayer graphene. Communications Physics. https://doi.org/10.1038/s42005-022-01013-y