自旋轨道耦合双层石墨烯中可编程超导性的扭转角调控研究

时间：2025年5月8日

来源：Nature

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为解决扭转角调控对二维材料超导性的影响问题，研究人员通过将伯纳尔双层石墨烯(BLG)与二硒化钨(WSe2) proximitized结合，系统研究了Ising型自旋轨道耦合(SOC)对超导相图的调控作用。实验发现强SOC下超导临界温度提升至0.5K，并观察到具有反常Pauli极限违反比(>40)的新超导区域，为设计新型van der Waals超导体提供了新范式。

在近晶格匹配的范德华(vdW)材料中，层间相对扭转角是调控摩尔超晶格(moiré superlattice)平带关联现象的关键参数。然而最新研究表明，这种角度调控策略的应用远不止于摩尔体系——通过精确控制伯纳尔堆叠双层石墨烯(Bernal BLG)与二硒化钨(WSe₂)的晶格对齐程度，研究者成功实现了"无摩尔纹"的对称性破缺调控，诱导出可编程的超导态。

实验数据显示，随着Ising型自旋轨道耦合(SOC)强度的系统性增强，超导相图发生显著重构：临界温度提升至0.5K，起始位移场向更高值移动。在强SOC区域，观察到奇异的相变现象——空穴在三角扭曲(trigonal warping)的费米口袋间发生向列(nematic)重新分布，同时超导态对面内磁场的抵抗力显著增强。理论分析表明，这种超导行为与对称性破缺费米口袋间的带间相互作用密切相关。

更引人注目的是，研究还发现两个新的超导区域：其中一个源自谷间相干(inter-valley coherent)正常态，其Pauli极限违反比突破40，在已知超导体中名列前茅。这些发现不仅深化了对超净石墨烯超导体的理解，更展示了"无摩尔纹扭转工程"在vdW异质结体系中的广阔应用前景。