平帶物理學

魔角多層石墨烯家族中的穩健超導性

魔角雙層石墨烯 (MATBG) 中關聯態和超導態的發現為探索相互作用和拓撲現象提供了一個新平臺。然而，盡管在莫爾系統中觀察到了大量關聯相，但穩健的超導性似乎并不常見，而且僅在魔角雙層和魔角三層石墨烯中見過。在這里，我們在魔角四層和五層石墨烯中實現了超導性，從而建立了基于交替旋轉魔角多層石墨烯的穩健莫爾超導體系列。這一結果表明，它們共享的平帶在超導性中起著至關重要的作用。基于對平行磁場的測量，特別是對泡利極限的違反和旋轉對稱性的自發破壞，揭示了雙層 (N = 2) 和大于雙層 (N > 2) 結構之間的明顯差異，這些差異源于它們對磁場的不同軌道響應。我們的研究結果擴展了莫爾超導體系列，并為設計新的超導材料平臺提供了新的見解。

（任雅寧）

在魔角

Jeong Min Park 等人

納特。 媽媽。 21，877–883（2022年）

交替旋轉的四層石墨烯中相關性的出現

最近，交替扭曲多層石墨烯 (ATMG) 被提出作為一種新興的莫爾條紋家族，它與雙層扭曲石墨烯具有一些共同之處，并有望在魔角附近表現出類似的強電子-電子相互作用。在這里，我們研究了交替扭曲四重石墨烯 (ATQG) 樣品，其扭曲角為 1.96° 和 1.52°，略偏離魔角 1.68°。我們發現，在扭曲角較大的樣品中，空穴摻雜后只出現關聯絕緣態的信號，而沒有超導信號；而在扭曲角較小的樣品中，有超導的證據，但關聯絕緣態的信號被減弱。我們的結果深入了解了 ATMG 中關聯相的扭曲角依賴性，并揭示了魔角附近中度耦合區域中關聯的性質，其中動能和相互作用能相當。

（任雅寧）

扭曲

G.Burg 等人

納特。 媽媽。 21, 884–889（2022）。

單層和雙層扭曲石墨烯中的拓撲和相關絕緣狀態成像

范德華異質結構中的平帶為揭示新興的量子電子相提供了理想的平臺。一個典型的例子是在單雙層扭曲石墨烯中觀察到的電子關聯效應的影響。在這里，我們通過掃描隧道顯微鏡測量了單雙層扭曲石墨烯中關聯絕緣態的性質，進一步導致了電子結晶相的形成。在整數填充時，強庫侖相互作用導致莫爾條紋盒內平帶電子的重新分布，產生費米能級態密度消失的絕緣態。此外，我們的方法可以直接可視化有序晶格，這些晶格具有拓撲甜甜圈狀狀態，這些狀態是由電子晶體與單雙層扭曲石墨烯的非平凡能帶拓撲之間的相互作用產生的。我們的實驗結果提供了一種將拓撲物理與扭曲范德華結構中的強電子關聯相結合的有效策略。

（趙亞欣）

以及 -

李思宇等

Nat..13,4225(2022)。

旋轉六方氮化硼界面色心的調整

色心平臺為量子技術的發展提供了希望，六方氮化硼因其高亮度、高穩定性、光學可尋址自旋態和發射器中的寬波長覆蓋范圍而備受關注。然而，其典型的隨機缺陷分布和復雜的介觀環境阻礙了它的應用。在這里，利用陰極發光，我們展示了兩個六方氮化硼片角界面處的按需激活和可控色心散射。此外，我們表明，通過調整旋轉角度，色心的散射亮度可以提高兩個數量級。通過施加電壓可以實現幾乎 100% 的亮度調節。我們的從頭算 GW 和 GW 加 Bethe 方程計算表明，散射與氮空位有關，旋轉角度產生的莫爾勢有利于電子和空穴的結合。該機制可進一步應用于使用電子束繪制納米級色心圖案。

（周曉峰）

在硼

蘇聰等人

納特。 媽媽。 21, 896-902 (2022)

雙層石墨烯中谷同位旋調控的分數量子霍爾態

二維電子氣在磁場中產生朗道量子化，體系中強烈的庫侖斥力導致多體關聯基態的出現。量子數具有與自旋相似的性質，有助于理解和控制復雜的基態序和集體激發。雙層石墨烯由于具有自旋、谷和軌道等多自由度，為二維體系中關聯效應的實現提供了豐富的平臺。本文構建了雙柵極器件調控雙層石墨烯，并利用垂直電場實現了對體系谷同位旋前所未有的精確調控。更高的樣品質量有助于我們探索前期研究工作中被無序性所掩蓋的機制。我們給出了在5/2填充下存在新的偶分母分數量子霍爾態的證據。5/2分數霍爾態在谷塞曼分裂消失的極限下發生自發谷極化，這與Moore-Read態自旋極化的理論預測一致。 在偶分母分數量子霍爾態附近，實驗觀察到在3/2和7/2填充時出現了Moore-Read波函數，在5/2和-1/2填充時出現了預測的Levin-子態。這些實驗結果表明雙層石墨烯中電子-空穴對稱性破缺。我們構建了在3/2填充附近Jain有序分數態的全局谷極化相圖。雙組分復合費米子模型很好地解釋了這一實驗結果，并進一步證明了雙層石墨烯中谷同位旋的SU(2)對稱性。我們的實驗為進一步操控雙層石墨烯中的谷同位旋，實現新穎的拓撲序和量子信息過程提供了一種新手段。

（趙亞欣）

大廳

黃柯等

Phys. Rev. X.12，（2022 年）。

通過零偽朗道能級耦合實現石墨烯中的一維電子態

在石墨烯體系中，應變誘導的偽磁場可以模擬真實磁場，在零磁場下產生類似于真實磁場中的朗道量子化材料物理，形成的朗道能級稱為偽朗道能級。有趣的是，基于偽朗道能級可以實現真實磁場下無法實現的新型電子態。本文報道了通過零偽朗道能級的強耦合在應變石墨烯體系中實現新型電子態。實驗上，利用金屬粒子刻蝕技術在單層懸浮石墨烯上獲得了納米尺度的一維應變通道。結果表明，在褶皺變形較大的區域測得了應變誘導的零偽朗道能級，相鄰應變結構的偽朗道能級相互耦合。進一步在實空間中檢測到這些零偽朗道能級的耦合，呈現出鋸齒狀的一維蛇形圖案。相關實驗結果得到了理論結果的支持。 我們的實驗為實現新穎的量子態和通過應變工程調控石墨烯的電子態提供了一種新的實驗手段。

（趙亞欣）

一進一出

劉逸文等人

Phys. Rev. Lett. 129，（2022 年）。

Spin/

通過柵極電壓控制激子到三級轉換延長單層 MoTe2 中的谷極化壽命

單層二維半導體由于其谷可尋址性而為谷電子學提供了一個有吸引力的選擇。然而，激子的谷極化壽命較短，阻礙了潛在的谷電子學應用。在本文中，我們展示了一種通過有效的柵極電壓控制將激子轉換為三子并應用較長的三子谷極化壽命來延長谷極化壽命的方法。在電荷中性點處從激子到三子的轉化使單層 MoTe2 的谷極化壽命增加了 1000 倍，達到納秒級。激子轉化為三子將去極化機制從激子的快速電子-空穴交換轉變為三子的慢速自旋翻轉過程。此外，通過電操控網校頭條，激子的谷極化增加到 38%，三子的谷極化增加到 33%。我們的結果揭示了激子和三子的去極化動力學以及各種去極化通道的相互作用，為延長谷極化壽命提供了一種有效的策略。

（周曉峰）

門到特里昂

張其耀等人

國家. . 13, 4101 (2022)

單層半導體中電子自旋輸運長度的光學探針

利用空間分辨光學泵探測技術，我們探測了單層 WSe2 中自旋谷極化電子在非常長的距離（幾十微米）上的橫向傳輸。使用圓偏振光作為泵浦光，二維電子費米海局部被泵浦到高度自旋谷極化狀態（高達 75%），并利用相距一定距離的線性偏振探測激光器誘導的光致發光來映射電子極化的橫向擴散。當泵浦光和探測光相距 20 μm 時，仍然可以檢測到 25% 的自旋谷極化。低溫下的自旋谷擴散長度為 18 ± 3 μm。對溫度、泵浦螺旋性、泵浦強度和電子密度的依賴性強調了自旋弛豫時間和泵浦效率對于自旋谷鎖定單層半導體中極化電子傳輸的關鍵作用。

（任雅寧）

長旋轉

L. Ren（任磊）等人

Phys. Rev. Lett. 129，（2022 年）。

機械性能

石墨表面臺階揭示石墨烯的各向異性斷裂

各向異性斷裂韌性 G(θ) 是石墨烯的固有特性，對于石墨烯器件的制造、操作和穩健性至關重要。然而材料物理，現有結果表明，各向異性因子（即鋸齒形 (ZZ) 與扶手形 (AC) 的比率）存在明顯的定性和定量差異。在這里，我們通過使用機械剝離在石墨表面留下原子臺階來研究石墨烯中的各向異性斷裂。觀察到兩種具有不同結構和行為的臺階類型，具體取決于剝離方向和局部晶格取向之間的關系。一種是與局部 ZZ 方向對齊的直臺階，另一種由納米級 ZZ 和 AC 組成。基于臺階的微觀形貌和其取向的統計數據，結合斷裂力學分析，獲得了各向異性因子 GZZ/GAC = 0.971，表明 ZZ 方向的斷裂韌性略低。 該結果為現有的零散結果提供了實驗基準，并為未來的石墨烯斷裂模型提供了約束。

（任雅寧）

通過步驟

曲等人

Phys. Rev. Lett. 129，（2022 年）。

二維冰的結構特性

雙層六角冰對表面對稱性和波紋的魯棒性

二維 (2D) 雙層六邊形冰 (BHI) 被認為是第一個本征的 2D 冰晶。然而，這種結構或其衍生物對表面對稱性和波紋的穩健性仍不清楚。在這里，我們使用非接觸式原子力顯微鏡報告了在具有 1D 波紋的金表面形成 2D BHI。在金 (110)-1×2 表面上可以看到第一潤濕層的六邊形排列。當更多的水分子沉積時，第一層會重新排列并收縮以形成互鎖的 BHI。盡管存在懸空 OH 鍵，但這種互鎖的 BHI 仍因強的層間鍵合力而表現出疏水性。此外，BHI 還可以穩定地存在于金 (100)-5×28 表面上。 該工作揭示了BHI在非六邊形對稱波紋表面上的意外普適性，從而為固體表面低維冰的形成或其他約束的微觀解釋提供了新的線索。

（周曉峰）

冰和

濮陽等

Phys. Rev. Lett. 129，（2022）

結尾