写道AZoM2020年6月24日
2018年，人们发现，两层石墨烯以“神奇”的角度相互扭曲，显示出各种有趣的量子相，包括超导、磁性和绝缘行为。
现在，由炼狱物理部门的Shahal Ilani教授的Weizmann科学研究所的研究人员，与Pablo Jaril欧洲杯线上买球lo-Herero的集团的MIT合作，发现这些量子阶段从先前未知的高度下降能源“父态”，具有异常的对称性。
石墨烯是一种扁平的碳晶体，只有一个原子厚。当两张这种材料相互叠加，以小角度错位时，就会出现周期性的“moiré”图案。这种模式为材料中的电子提供了一种人工晶格。在这种扭曲的双层体系中，电子有四种“风格”:自旋“向上”或自旋“向下”，结合源自石墨烯六边形晶格的两个“山谷”。因此，每个moiré位点最多可以容纳4个电子，每种味道都有一个。
虽然研究人员已经知道，当moiré的所有位置都完全满(每个位置四个电子)时，该系统表现为一个简单的绝缘体，但贾利罗-埃雷罗和他的同事们在2018年惊讶地发现，在一个特定的“神奇”角度，扭曲系统在其他整数填充处也变得绝缘(每个moiré位置两个或三个电子)。
由魔法角扭曲双层石墨烯（MATBG）展出的这种行为不能通过单粒子物理解释，并且通常被描述为“相关的Mott绝缘体”。更令人惊讶的是发现靠近这些馅料的异国超导性。
这些发现引发了一系列旨在回答这个大问题的研究活动:在MATBG和类似的扭曲系统中发现的新奇异态的本质是什么
用碳纳米管探测器成像魔角石墨烯电子
Weizmann团队利用一种独特的显微镜，利用位于扫描探针悬臂边缘的碳纳米管单电子晶体管，开始了解相互作用的电子在MATBG中的行为。这种仪器可以在真实空间中以极高的灵敏度成像材料中电子产生的电势。
“使用这个工具，我们可以第一次想象出这个系统中电子的‘可压缩性’——也就是说，将额外的电子挤压到空间中给定的一点有多么困难。”Ilani解释道。“粗略地说，电子的可压缩性反映了它们所在的相：在绝缘体中，电子是不可压缩的，而它们在金属中它们是非常可压缩的。”
可压缩性还揭示了电子的“有效质量”。例如，在常规的石墨烯中，电子非常“轻”，因此表现得像独立的粒子，几乎忽略了其他电子的存在。欧洲杯猜球平台另一方面，在魔法角石墨烯中，电子被认为是极其“重”的，因此它们的行为是由与其他电子的相互作用决定的——许多研究人员将这一事实归因于在这种材料中发现的奇异相。
因此，Weizmann团队预计将展示非常简单的模式的可压缩性是电子填充的功能：在每个整数莫尔栅填充时，高可压缩金属和可加入的莫尔·格子填充物中出现的压缩金属之间的互换。
令他们惊讶的是，他们发现了一个截然不同的模式。他们观察到，在整数填充附近的电子可压缩性出现了急剧的、不对称的跳跃，而不是从金属到绝缘体再回到金属的对称过渡。
“这意味着这次转型前后，航母的性质明显不同，”学习牵头作者乌里Zondiner说。“在过渡之前，载体非常重，并且在它之后，它们似乎是极光的，让人想起了石墨烯中存在的”DIRAC电子“。”
同样的行为在每一个整数填充附近重复出现，重载流子突然放弃，轻的类狄拉克电子重新出现。
但是如何理解这种突变的性质的载体-为了解决这个问题，团队与魏茨曼教授合作。Erez Berg, Yuval Oreg和Ady Stern，以及Raquel Quiroez博士;以及Freie Universität Berlin的Felix von- open教授。
它们构建了一个简单的模型，揭示了电子以高度不寻常的“Sisyphean”方式填充了MATBG中的能带：当电子开始从“DIRAC点”（价值和传导频带彼此触摸的点）时，它们正常行为，在四种可能的味道之间同样地分布。
“然而，当每个moiré超晶格位置的填充量接近整数个电子时，就会发生戏剧性的相变。”该研究的主要作者Asaf Rozen解释道。“在这个过渡过程中，一种味道会从它的同伴那里‘抓住’所有的载流子，‘重置’它们回到电荷中性的狄拉克点。”
没有了电子，剩下的三种口味需要重新填充。它们一直这样做，直到另一个相变发生，这一次，剩下的三种口味中的一种会从其他口味中抢走所有的载体，把它们推回到原点。因此电子需要像西西弗斯那样爬上一座山，不断地被推回到起点，在那里它们会恢复到轻狄拉克电子的行为"Rozen说。
当这个系统在低载流子填充处处于高度对称状态时，所有电子的填充都是相等的，随着进一步填充，它经历了一连串的对称破坏相变，不断降低其对称性。
“父状态”
“最令人惊讶的是，我们发现的相变和狄拉克恢复出现的温度远远高于超导和相关绝缘态的起始温度，迄今为止观察到的，”Ilani说。“这表明，我们所看到的对称破缺态实际上是‘母态’，而更脆弱的超导和相关的绝缘基态则是由此产生的。”
对称性被打破的特殊方式对这个扭曲系统的绝缘态和超导态的性质有重要的影响。
“例如，众所周知，当电子更重时，就会产生更强的超导性。然而，我们的实验却恰恰相反:在相变使光狄拉克电子复活之后，这种神奇角度的石墨烯系统才出现了超导性。
这是如何发生的，它告诉我们，与其他更传统的超导形式相比，这个系统的超导性质仍然是有趣的开放式问题。”Zondiner说。
另一篇发表在同一篇论文中也报道了类似的相变级联自然Ali Yazdani教授和普林斯顿大学的同事发行。“普林斯顿大学的研究小组使用了一种完全不同的实验技术，基于高灵敏的扫描隧道显微镜，所以看到互补技术导致类似的观察是非常令人欣慰的，”Ilani说。
Weizmann和MIT研究人员表示，他们现在将使用他们的扫描纳米管单晶体晶晶体管平台来回答关于各种双绞线系统中电子的这些和其他基本问题：电子的可压缩性和表观传输性质之间的关系是什么 -在低温下在这些系统中形成的相关状态的性质是什么 - 构成这些状态的基本Quasiply？欧洲杯猜球平台
研究级联的相变和狄拉克复兴魔法角石墨烯,通过Uri Zondiner Asaf Rozen,丹尼尔•Rodan-Legrain元曹,拉奎尔奎罗斯,隆谷口,吴克群渡边,尤Oreg,菲利克斯·冯·Oppen阿迪斯特恩Erez Berg Pablo Jarillo-Herrero s Ilani,发表在《华尔街日报》6月11日自然．Shahal Ilani教授的研究得到了Sagol Weizmann-MIT桥项目的支持;André德洛罗科学研究奖;Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust;以及欧洲研究理事会。
来源：https://www.weizmann.ac.il/pages/