魔角扭曲双层石墨烯中从传统到奇怪的金属行为

魔角扭曲双层石墨烯(MATBG)是一种基于石墨烯的材料，具有独特的结构，由两块石墨烯片叠层组成，错位约为1.1°。已经发现这种独特的结构具有各种有趣的状态，包括相关的绝缘状态和非常规的超导性。

过去研究MATBG的研究还揭示了在超导圆顶附近出现了所谓的“奇怪”金属区域，以及显着增强的电子-声子耦合。虽然这些观察结果得到了后来的工作的证实，但支持它们的确切机制仍不清楚。

巴塞罗那科学技术研究所、国家材料科学研究所和麻省理工学院(MIT)的研究人员最近使用与以前工作中使用的不同的低温相图仔细研究了MATBG的这些特性.他们的论文发表在NaturePhysics上，收集了关于材料量子临界行为的新有价值的见解。

“关于扭曲双层石墨烯的电传输特性的早期报道揭示了两个引人入胜的特征：在超导圆顶附近出现了所谓的‘奇怪’金属区域，以及电子-声子耦合急剧增强，”AlexandreJaoui，一位进行这项研究的研究人员告诉Phys.org。“然而，在某些条件下，这两个特征都有一个共同的特征：温度线性电阻率。出现的一个问题是：一个单一的微观机制，电子从声子中散射，能否解释之前的两个观察结果?或者这个特征是，在低温区域，是否存在影响电荷载流子的额外散射中心?”

这些迄今为止难以捉摸的问题的答案只能通过在低温下检查MATBG来找到，其中声子(即与声波或振动等波相关的准粒子)被抑制。然而，在先前文献中报道的MATBG器件中，金属基态通常被一系列相变所隐藏。

“我们建议利用我们的‘屏蔽’器件，其中相关绝缘体被抑制，以研究具有更简单的低温相图的魔角石墨烯：封闭在金属相中的单个超导圆顶，”Jaoui解释说.“这使我们能够专注于后一种状态。”

为了制造他们的MATBG结构，Jaoui和他的同事使用了研究团队检查二维异质结构时经常使用的“切割堆叠”方法。为了封装他们的设备，他们使用了一层薄薄的六方氮化硼(hBN)。

“石墨烯层与金属栅极的接近使我们能够抑制低温绝缘状态，从而进一步进入金属基态，”Jaoui说。“然后我们使用传统的量子传输技术(即直流电传输)收集测量值。”

Jaoui和他的同事收集的测量结果证实了之前研究中报道的相同“奇怪”金属行为的发生(即，具有普朗克散射率的线性T电阻率)。然而，该团队的研究表明，这种行为延伸到远低于Bloch-Grüneisen温度的温度，而系统具有有限的费米温度。此外，他们的发现突出了奇怪金属丰度的另一个特征，即增强的线性磁阻。

“然而，也许这项研究中最有趣的部分是从超导圆顶恢复无序稀释和相关金属的原型行为，即费米液体行为，”Jaoui说。“这种演变表明，尚未确定性质的波动主导了超导圆顶附近的金属基态，并推动了低温线性电阻率。”

总体而言，这组研究人员收集的研究结果表明，MATBG中的量子涨落和超导性可能是相关的。将来，他们的工作可能会激发新的研究，以进一步检验这种可能性以及在本研究中观察到的量子临界阶段。

“我们现在正在研究金属基态的演变，它是扭曲双层石墨烯‘扭曲角’的函数，”Jaoui补充道。“这是一个非常简单的调节电子相关强度的旋钮。我们将很快发表关于扭曲双层石墨烯金属基态的进一步报告。”

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