魔角

该项研究揭示了魔角扭曲三层石墨烯tTLG中的大自旋刚度，增加了形成自旋skyrmions的能量消耗，使得谷skyrmions在能量上更有利。在超导起源于拓扑织构的情况下，与自旋skyrmions相比，谷skyrmions之间的配对，预计将发挥更重要的作用。这一发现，有望开启进一步关注，魔角扭曲三层石墨烯tTLG的同位旋及其在超导序参量中的作用。

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。

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。

Moiré平带体系中的电子能够自发表现破缺时间反转对称性（spontaneously break time reversal symmetry），产生量子化的异常霍尔效应，有鉴于此，加州大学圣巴巴拉分校A. F. Young等报道超导量子干涉器件（quantum interference device）对结合在六方BN中的扭角双层石墨烯进行离散磁场成像，发现单位电荷载流子中的磁化强度达到个数个玻尔磁子，说明轨道的主要特征是磁性，作者在测试结果中发现，当对化学势沿着量子反常霍尔能带的方向扫描，磁性产生非常大的改变，这种现象符合由于磁化轨道Chern绝缘体的手性边缘态导致的现象。通过对电场驱动磁翻转现象进行空间成像表征，作者在石墨烯结构畸变处发现微米尺度磁域。

扭曲的魔角石墨烯只使用电场门控就可以在单一的晶体材料中实现约瑟夫逊结和单电子晶体管，从而避免了不同材料之间的界面。