夫妻携手，再发Nature！！
学术
2024-11-07 08:36
福建
![]()
研究背景
随着材料科学和凝聚态物理的发展，Moiré材料引起了广泛关注。这类材料通过扭曲的二维材料层结构，可以实现平带电子状态和强关联现象，这些特性为研究量子相态提供了新的可能性。平带的出现与强电子关联密切相关，使得研究者们对在低维系统中产生的新奇现象充满期待，尤其是超导性。然而，尽管在石墨烯Moiré材料中观察到了超导现象，但在其他类型的Moiré材料，特别是半导体Moiré材料中，这一现象的缺失仍然是一个谜。为了解决这一难题，许多科学家集中研究过渡金属二硫属化合物（TMD）Moiré材料。TMD材料在单层状态下被视为带隙石墨烯，且具有强Ising自旋-轨道耦合。这些材料的可调平带特性能够显著增强关联效应，从而稳定了Mott绝缘体和重费米子态，并导致了多种拓扑相态的出现。然而，TMD Moiré材料中的超导性一直未能被成功实现，之前的研究仅报告了在掺杂状态下的潜在超导性，这种状态对热循环的稳定性不足，无法深入探讨其本质。 鉴于此，美国康奈尔大学Yiyu Xia, Zhongdong Han，单杰&麦健辉等在“Nature”期刊上发表了题为“Superconductivity in twisted bilayer WSe2”的最新论文。本研究通过对3.5°和3.65°扭曲双层二硒化钨（WSe2）的电传输特性进行系统分析，首次观察到了稳定的超导性。这一现象发生在接近半带填充和零外部位移场的条件下，超导转变温度约为200mK，显示出与高温超导体相似的强配对特征。研究表明，该超导体在半带填充的边缘与两个不同的金属态相邻，通过调节外部位移场，可以实现与库仑诱导的电荷局域化之间的连续过渡。研究亮点
（1）实验首次在3.5°和3.65°扭曲双层二硒化钨（tWSe2）中观察到稳定的超导性，揭示了在非石墨烯Moiré材料中实现超导的可能性。（2）实验通过电传输研究，发现超导性在接近半带填充和零外部位移场的条件下显现，超导转变温度约为200mK，约占有效费米温度的1-2%。这一结果与高温铜氧化物超导体的性质相似，提示可能存在强配对机制。（3）所观察到的超导体在半带填充的低于和高于两种金属态之间存在连续过渡，并且通过调节外部位移场可实现从超导态到关联绝缘态的转换。这表明超导性与库仑诱导的电荷局域化密切相关。 图文解读
![]()
图1: 转角硒化钨tWSe2的电子结构。
总结展望
本文在3.5°和3.65°的扭曲双层二硒化钨（tWSe2）中观察到了稳定的超导性。所观察到的超导态具有若干不寻常的特性，值得进一步研究。首先，超导性仅在扭曲双层的层混合区域观察到，这一TMD Moiré系统具有可调带结构，是研究量子几何在超导性中作用的理想平台。其次，超导性强烈集中在填充因子ν=1附近，远离高峰状态（ν≈0.75，E≈0）。通过调节电场E，超导体可以连续演化为关联绝缘体。这一现象与石墨烯Moiré系统中的超导性不同，后者通常是通过掺杂关联绝缘体实现的。第三，超导体的正常态是强关联金属，接近于局域化状态。超导态与两种不同的金属态相接近：填充因子ν>1的良好费米液体和填充因子ν<1的偏离费米液体行为的金属态。这些金属态并不自发地自旋或谷极化，这与双层和三层石墨烯中的超导现象也是不同的。最后，所观察到的超导体处于强配对极限，超导转变温度TC约为有效费米温度TF的1-2%，相干长度ξ约为晶格常数a的10倍。这些值与高温超导体中的TC/TF和ξ/a比值相当。对其他扭转角度和不同TMD的样品进行传输实验，以及磁圆二色性测量，可以帮助解决超导体周围的关联绝缘体和正常金属态的性质等问题。实验为探索由强电子关联驱动的TMD Moiré材料中的非常规超导性打开了大门。 Xia, Y., Han, Z., Watanabe, K. et al. Superconductivity in twisted bilayer WSe2. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08116-2 纳米人学术QQ交流群
（加群方式：请备注：姓名-单位-研究方向（无备注请恕不通过），由管理员审核后入群。）一维材料群-1：463352826
二维材料群-2：1075914107
复合材料群-2：834770793
可穿戴器件学术群：1032109706
光催化群-2：927909706
电池讨论群-1：418038617
