转角双层石墨烯体系（twisted bilayer graphene, TBG）是凝聚态物理学近年来的重要发现之一，它已成为研究量子多体物理的极其丰富的实验平台。特别是在特定的扭转角度，即所谓的“魔角”（大约1.05度），TBG会发生超导相变。尽管TBG中奇异超导性的起源仍然是一个有争议的话题，但普遍认为平带效应在其中起着关键作用。然而，由于TBG在魔角处并非稳定构型，实验上常常难以精确制备出魔角石墨烯。实验观察到，当扭转角度偏离魔角0.1度时，超导相就会消失。这种不稳定性限制了TBG中超导性质的广泛研究。
在该项研究中，研究人员提出了一种新方法，即利用手性微腔中的量子涨落来调控TBG的能带，使得TBG即便在魔角之外也能形成平带（如图1所示）[1]。该效应的物理本质在于手性微腔破坏了时间反演对称性，因此其内部的真空量子涨落也具有出时间反演对称性破缺的特征。这些具有时间反演对称性破缺特性的量子涨落能够导致石墨烯的能带产生能隙，进而对魔角附近的能带结构产生显著影响。通过调节手性微腔的有效模式体积，可以有效地调控光子与电子的耦合强度，实现对能带结构及体系拓扑性质的精确调控，其研究成果近期发表在PRL期刊。该项工作建立在研究人员之前提出的量子大气效应[2]和手性真空分子选择效应[3]的理论基础之上。
图1，利用手性光学微腔中真空量子涨落来调控TBG能带示意图。利用真空微腔调控量子材料的方法可以避免传统光学手段可能引起的非平衡态过程和材料加热效应，实现经典电磁辐射无法达到的量子物态调控。
在该项研究中，上海交通大学物理与天文学院的研究生蒋存源担任第一作者，物理与天文学院的Matteo Baggioli 副教授和李政道研究所的蒋庆东副教授为共同通讯作者【1】。本研究得到了科技部、国家自然科学基金委员会、上海市科学技术委员会以及上海交通大学的资助，我们对此表示衷心的感谢。
[1] Cunyuan Jiang, Matteo Baggioli, and Qing-Dong Jiang, Phys. Rev. Lett. 132, 166901 (2024)
[2] Qing-Dong Jiang and Frank Wilczek, Phys. Rev. B 99, 201104(R) (2019) (also see the news report by Nature Materials 17, 951 (2018))
[3] Yanzhe Ke, Zhigang Song, and Qing-Dong Jiang, Phys. Rev. Lett. 131, 223601 (2023)
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