魔角扭曲雙層石墨烯(MATBG)是一種基于石墨烯的材料，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，由兩塊石墨烯片疊層組成，錯(cuò)位約為1.1°。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)具有各種有趣的狀態(tài)，包括相關(guān)的絕緣狀態(tài)和非常規(guī)的超導(dǎo)性。

過去研究MATBG的研究還揭示了在超導(dǎo)圓頂附近出現(xiàn)了所謂的“奇怪”金屬區(qū)域，以及顯著增強(qiáng)的電子-聲子耦合。雖然這些觀察結(jié)果得到了后來的工作的證實(shí)，但支持它們的確切機(jī)制仍不清楚。

巴塞羅那科學(xué)技術(shù)研究所、國家材料科學(xué)研究所和麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員最近使用與以前工作中使用的不同的低溫相圖仔細(xì)研究了MATBG的這些特性.他們的論文發(fā)表在NaturePhysics上，收集了關(guān)于材料量子臨界行為的新有價(jià)值的見解。

“關(guān)于扭曲雙層石墨烯的電傳輸特性的早期報(bào)道揭示了兩個(gè)引人入勝的特征：在超導(dǎo)圓頂附近出現(xiàn)了所謂的‘奇怪’金屬區(qū)域，以及電子-聲子耦合急劇增強(qiáng)，”AlexandreJaoui，一位進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員告訴Phys.org。“然而，在某些條件下，這兩個(gè)特征都有一個(gè)共同的特征：溫度線性電阻率。出現(xiàn)的一個(gè)問題是：一個(gè)單一的微觀機(jī)制，電子從聲子中散射，能否解釋之前的兩個(gè)觀察結(jié)果?或者這個(gè)特征是，在低溫區(qū)域，是否存在影響電荷載流子的額外散射中心?”

這些迄今為止難以捉摸的問題的答案只能通過在低溫下檢查MATBG來找到，其中聲子(即與聲波或振動等波相關(guān)的準(zhǔn)粒子)被抑制。然而，在先前文獻(xiàn)中報(bào)道的MATBG器件中，金屬基態(tài)通常被一系列相變所隱藏。

“我們建議利用我們的‘屏蔽’器件，其中相關(guān)絕緣體被抑制，以研究具有更簡單的低溫相圖的魔角石墨烯：封閉在金屬相中的單個(gè)超導(dǎo)圓頂，”Jaoui解釋說.“這使我們能夠?qū)Ｗ⒂诤笠环N狀態(tài)。”

為了制造他們的MATBG結(jié)構(gòu)，Jaoui和他的同事使用了研究團(tuán)隊(duì)檢查二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)經(jīng)常使用的“切割堆疊”方法。為了封裝他們的設(shè)備，他們使用了一層薄薄的六方氮化硼(hBN)。

“石墨烯層與金屬柵極的接近使我們能夠抑制低溫絕緣狀態(tài)，從而進(jìn)一步進(jìn)入金屬基態(tài)，”Jaoui說。“然后我們使用傳統(tǒng)的量子傳輸技術(shù)(即直流電傳輸)收集測量值。”

Jaoui和他的同事收集的測量結(jié)果證實(shí)了之前研究中報(bào)道的相同“奇怪”金屬行為的發(fā)生(即，具有普朗克散射率的線性T電阻率)。然而，該團(tuán)隊(duì)的研究表明，這種行為延伸到遠(yuǎn)低于Bloch-Grüneisen溫度的溫度，而系統(tǒng)具有有限的費(fèi)米溫度。此外，他們的發(fā)現(xiàn)突出了奇怪金屬豐度的另一個(gè)特征，即增強(qiáng)的線性磁阻。

“然而，也許這項(xiàng)研究中最有趣的部分是從超導(dǎo)圓頂恢復(fù)無序稀釋和相關(guān)金屬的原型行為，即費(fèi)米液體行為，”Jaoui說。“這種演變表明，尚未確定性質(zhì)的波動主導(dǎo)了超導(dǎo)圓頂附近的金屬基態(tài)，并推動了低溫線性電阻率。”

總體而言，這組研究人員收集的研究結(jié)果表明，MATBG中的量子漲落和超導(dǎo)性可能是相關(guān)的。將來，他們的工作可能會激發(fā)新的研究，以進(jìn)一步檢驗(yàn)這種可能性以及在本研究中觀察到的量子臨界階段。

“我們現(xiàn)在正在研究金屬基態(tài)的演變，它是扭曲雙層石墨烯‘扭曲角’的函數(shù)，”Jaoui補(bǔ)充道。“這是一個(gè)非常簡單的調(diào)節(jié)電子相關(guān)強(qiáng)度的旋鈕。我們將很快發(fā)表關(guān)于扭曲雙層石墨烯金屬基態(tài)的進(jìn)一步報(bào)告。”

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