石墨烯摩尔超晶格显示出丰富的关联绝缘、拓扑和超导相。虽然强关联和非平凡拓扑的起源可以直接与平带联系起来，但超导的性质仍然是个谜。我们证明了由三层、四层和五层石墨烯耦合在单层二硒化钨上制成的魔角器件具有味极化现象和超导电性。我们还观察到在有限电位移场中产生的三层和四层绝缘状态。随着层数的增加，超导电性在一个增强的填充因子范围内出现，而在五层中，超导性更是远远超越了四电子每摩尔晶胞的填充。我们的结果突出了平带和较为色散带之间的相互作用，对于提升石墨烯摩尔超晶格的超导性具有重要影响。
Figure 1. 交变扭曲石墨烯多层膜中的超导性和关联绝缘体。（A） 交替扭曲石墨烯多层膜的示意图，其中每个连续层以交替顺序相对于前一层扭曲±θ的角度。
（B） 扭曲的三层、四层和五层石墨烯的能带结构（从上到下），角度接近零D场（左）和
D/ε0≈ 0.4 Vnm-1（右）时的理论幻角代表K谷。在一定温度范围内（C至E）R
xx与填充系数ν的线性系数（图中所示为先在25 mK下采集的记录道，然后从0.K到2 K每隔0.K采集，然后从3 K到7 K每隔1 K采集），从上到下分别为D/ε0≈ 0.22 Vnm
-1 (C), -0.15 Vnm-1 (D), and 0 Vnm
-1 (E), 插入（C）是电导与T
−1表示TTG表现出热激活行为[
D/ε0=0:26 Vnm
-1]。插图（D）显示了较大电场下TQG中的电荷中性绝缘体。（F）R
xx与温度和ν的关系，对于聚焦于ν=+2 在D/ε0=0:26 Vnm
-1的三层膜。（G）在电荷中性附近聚焦的四层膜的R
xx与温度和D场的关系。（H至J）R
xx与温度和空穴掺杂的ν的关系，表明超导圆顶约为ν=−2在相同的系统中，对于（C）到（E）中相同的D字段。（C）
Figure 2. TTG、TQG和TPG相图和电场可调超导电性。（A到C）R
xx分别与扭曲三层（A）、四层（B）和五层（C）石墨烯的填充因子ν和位移场D的关系。
所有数据都是在25 mK下采集的，深蓝色区域表示超导性。对于电子掺杂的TTG和TQG，超导区向ν=+1在D场延伸。（D至F）R
xx与温度和D[或层间等效电位差U，临界温度T
c由一条虚线表示，该虚线描绘了10%的正常状态电阻。T
c在有限D场下最大化，超导率更容易被D抑制，因为D是电子掺杂的层数。(G) 扭曲的三层、四层和五层石墨烯的平带带宽倒数的理论计算，作为D/ε
0（顶部）和电位差U（底部）的函数。对于一个固定的D，平带的带宽对于有更多层的系统是更大的，但当表示为U的函数时，平带的拓宽在不同的结构中遵循相似的趋势。
Figure 3. TTG、TQG和TPG中超导性、味对称破缺转变和范霍夫奇点之间的相互作用。(A和B）在25 mK时TTG的R
xx（顶部）和霍尔密度（底部，在B=0.9T下测量）的D场和ν依赖性。紫色和灰色的虚线标志着与|ν|=2和|v|=3相关的味对称性破坏转变分别发生的填充因子。(A)中的黄线划出了vHs的演变。25 mK下TQG的（C和D）D场和Rxx（顶部）和霍尔密度（底部，在B=1.5 T下测量）的ν依赖性。超导Tc正好在vHs的位置达到其最大值[（D）中的橙色点]。当存在时，围绕|ν|≈3的味对称破缺转变与超导电性的终止相一致[（A）、（B）和（D）]。相比之下，在没有ν≈3(C)的情况下，超导电性扩展得更远。（E） T=25 mK和B=1.5T时测得的TPG霍尔密度的D场和ν依赖性。（F） 五层的霍尔密度（E）和Rxx（图2C）特征示意图，包括超导区边界（红色）、vHs/“间隙”（深蓝色）、级联（浅蓝色）和|ν
flat|=4霍尔密度重置（浅紫色）。右侧显示了不同D字段的ν=+2周围的DOS草图。中间的面板显示了在支持超导性的区域观察到的味对称极化。如顶部和底部面板所示，较高的D区域保持了味对称性。
Figure 4. TPG中扩展的超导pockets。（A） 扭曲五层石墨烯的Rxx与ν和零D场温度的关系。（B） Rxx与D/ε0=0:17、0:32和0:44 Vnm
-1时电子侧的温度和ν的关系.图中显示了超导圆顶的演变以及在ν=+2和ν=+4附近的电阻峰值和D。B=1.T）]，25 mK，显示电子侧超导腔周围的区域。25 mK下Rxx（C）和霍尔密度[（D），在B=1.5T）]的（C和D）D场和ν依赖性，显示了电子侧超导腔周围的区域。（C）中的灰色线标记了源自色散类TBG带的vHs。插图显示了dV/dI在ν=+4.6，D/ε0=0:12 Vnm
-1时随I和B的变化（在主面板上用黄点标记），确认ν=+4以上超导电性的稳健性。（E） D场范围内Rxx（顶部，在T=25 mK处测量）和霍尔密度（底部，在T=1.5K，B=0.5T处测量）与ν的线切割（Rxx和霍尔密度每0.05显示一条轨迹）。霍尔密度在ν=+4附近重置，超导电性从ν=+2 扩展到+5，这两种现象都显示出在广泛的D场中持续存在。
相关研究工作由加州理工学院的Stevan Nadj-Perge课题尊于2022年在线发表于《Science》期刊上，原文：Promotion of superconductivity in magic-angle graphene multilayers 。
转自《石墨烯研究》公众号
