超导体

本工作报告了一种通过高分辨率局部压缩率测量实现的魔角扭曲双层石墨烯在低磁场下观察到的八个FCI状态。这些状态中的第一个在5 T时出现，它们的出现伴随着附近拓扑平凡电荷密度波态的消失而消失。

2021年10月20日，《Nature》在线刊登了普林斯顿大学物理系和复合材料中心主任Ali Yazdani 教授团队对MATBG超导状态进行实验测量的最新研究成果，并观察到MATBG 中非常规超导性的几个关键实验特征（图2），从而为MATBG超导机制的争论画上了休止符。

25 岁的他，成为 2021 年度麦克米兰奖（McMillan Award）获奖者，这个奖项也是凝聚态物理领域的青年物理学家最高奖。据美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC）资料，曹原的获奖理由是“扭曲双层石墨烯中超导性和相关量子现象的开创性发现和探索”。

魔角石墨烯的相关研究再发 Nature，这一次的论文作者又是麻省理工学院（MIT）曹原及其团队。这已经是他在 Nature 发的第 8 篇论文，距离上次发表 Science 仅过去 3 个月。

7月22日，“天才少年”曹原再次已第一作者+通讯作者的身份在国际顶尖学术期刊Nature上发表了关于魔角石墨烯的最新研究成果。自2018年3月，两篇“背靠背”成果引爆了学术圈后，曹原一直保持着超高频率的顶刊发表速度，此次发表的成果已是他人生中的第八篇Nature，如此丰硕的成果，着实令人艳羡。

在该研究中，曹原等人在魔角扭曲的三层石墨烯（magic-angle twisted trilayer graphene，MATTG）材料中观察到一种罕见的超导现象。研究发现，当 θ 等于大约 1.6° 的“魔幻”角时，MATTG在低温（低至1开尔文）下电阻为零，变为超导体。令人惊讶的是，MATTG在高达 10 特斯拉的惊人高磁场下仍然表现出超导性，这比传统超导体所预测的材料所能承受的磁场高出三倍!

作者在较高的磁场中观测到在较窄的载流子浓度区间和偏置电压中能够重复获得超导性的现象，说明在三层魔角石墨烯材料中产生的超导性来自于非自旋单重态的Cooper对，通过外部磁场控制能够实现在不同相之间转变。作者通过相关研究，展示了Moiré超导量子材料中丰富的物理现象和作用规律，为发展和设计新型量子材料提供帮助，说明魔角石墨烯作为一种比较罕见的防磁超导材料。

这里，通过使用低温扫描隧道光谱和平面隧道结测量，证明了扭曲双层石墨烯中的平带可以放大少量掺杂不均匀性，从而导致载流子限制效应，而以前这种情况在石墨烯中只能在强磁场存在下才能实现。

作者展示了拓扑结构如何减轻库仑排斥并提供以前未探索的超导途径。该机制不仅阐明了为什么其他几种莫尔材料没有表现出超导性，而且还指出了预期具有强大超导性且未探索过的平台。

报道了在魔角扭曲双层石墨烯（TBG）中识别具有破碎旋转对称性的缠绕相。利用横向电阻测量，发现一个强各向异性相，位于超导圆顶的欠掺杂区域上方的“楔形区”内。当它与超导圆顶交叉时，观察到临界温度的降低。此外，超导态表现出对与方向相关的面内磁场的各向异性响应，揭示了整个超导圆顶的向列有序。这些结果表明，向列波动可能在魔角TBG的低温相发挥重要作用。