魔角超导扭曲双层石墨烯不再“魔角”？
最新研究表明，扭曲的双层石墨烯中的超导性与二维半导体耦合时可以脱离魔角而存在。
2018年，研究人员发现当将两张单原子厚的石墨烯彼此层叠在一起，并将它们彼此精确地旋转1.05度时，所得双层材料将具有新的特性：通过在附近的电极上施加电压来增加材料中的电子，它成为超导体（电子可以自由地流过材料而没有电阻）。但是，随着电子密度的微小变化，双层石墨烯变成绝缘体并阻止电子流动。
发生这种情况的特定扭转角被称为“魔术角”，它的发现引起了人们对物理学领域的兴趣，即扭旋学。将材料转变为超导体或绝缘体的电子密度非常接近，因此双层石墨烯双旋子学的中心问题已成为理解为什么这些状态（绝缘体和超导体）如此紧密地相关。
现在，加州理工学院的一个团队发现，当将扭曲的双层石墨烯与含有重金属元素钨的单原子厚材料接触时，它可以在相对于魔术角相对较远的角度显示超导性，并且不会改变。进入任何电子密度的绝缘体，都会破坏图案。他们的工作于7月15日发表在《Nature》上。
绝缘体和超导体以相似的电子密度出现是什么意思?
为什么这很重要?
在研究材料如何导电时，物理学家经常谈论相图，该图将电阻表示为电子密度（在一个轴上）和温度（在另一个轴上）的函数。在该魔术角扭曲双层石墨烯的相图中，超导相和绝缘相在电子密度轴上相邻。石墨烯的魔术角扭曲双层中的超导状态和绝缘状态都仅在低温下出现，该温度比绝对零值高出一小部分（-273.15摄氏度）。但是在1980年代，在所谓的高温超导体中发现了相似的相图，该超导体在更高的温度下工作-高于绝对零值一到两百度，这个温度仍然很低，但没有需要产生扭曲的石墨烯中的超导和绝缘状态的温度低。
该论文的相应作者，加州理工学院应用物理学和材料科学系助理教授Stevan Nadj-Perge说：“物理学家对这一发现感到非常兴奋，认为如果这两个系统确实相似，那么也许研究扭曲的双层石墨烯就可以教会我们有关高温超导性的一些知识。” “但是，我们的新发现质疑这种相似性。”
要获得魔角，通常需要在两个石墨烯片的放置中具有极高的精度，以至于许多样本中只有少数样本会显示出超导性。加州理工学院开发的新方法放宽了这些严格的要求。在该方法中，将石墨烯片放置在另一种包含钨和硒化物的二维材料（称为二硒化钨（WSe2））的顶部。钨的存在增强了电子的“自旋”（描述原子与磁场相互作用的亚原子粒子的性质）与其运动之间的耦合。在扭曲的双层石墨烯中诱发的所谓的自旋-轨道耦合可能解释了超导性的稳定。
加州理工学院的研究小组发现，当使用额外的WSe2层时，即使完全不存在绝缘状态，也可能存在超导性。Nadj-Perge说：“这表明可以通过调整石墨烯层的环境来稳定超导性。”
“虽然我们在样品中观察到了自旋-轨道耦合的特征，但这种耦合是否导致了超导的稳定仍然是一个悬而未决的问题。在这一点上，下结论还为时过早。“我们的观察完全出乎意料。这意味着我们只触及了石墨烯电子学的表面。这是该领域令人兴奋的时刻。”
相关文献链接：
https://resolver.caltech.edu/CaltechAUTHORS:20200225-102617489
原文获取
Superconductivity in metallic twisted bilayer graphene stabilized by WSe₂