超導(dǎo)電性和相關(guān)絕緣體在magic-angle twisted雙層石墨烯(MATBG)中的出現(xiàn)，提出了一種有趣的可能性，即其配對(duì)機(jī)制有別于傳統(tǒng)超導(dǎo)體，正如Bardeen-Coopero-Schrieffer (BCS)理論所描述的那樣，超導(dǎo)電性和相關(guān)絕緣體，在魔角雙層雙層石墨烯(MATBG)中的出現(xiàn)，提出了一種有趣的可能性，即其配對(duì)機(jī)制有別于傳統(tǒng)超導(dǎo)體。然而，最近的研究表明，即使庫(kù)侖相互作用被部分屏蔽，超導(dǎo)性仍然存在。這表明MATBG中的配對(duì)在本質(zhì)上可能是傳統(tǒng)的，是其平坦帶的大的態(tài)密度(DOS)的結(jié)果。在這里，我們將隧道和Andreev反射光譜與掃描隧道顯微鏡(STM)相結(jié)合，在MATBG中觀察非常規(guī)超導(dǎo)的幾個(gè)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)特征。結(jié)果表明，在過(guò)渡溫度T
c以下的隧穿譜與傳統(tǒng)的s波超導(dǎo)體的隧穿譜不一致，而與具有各向異性配對(duì)機(jī)制的節(jié)點(diǎn)超導(dǎo)體的隧穿譜相似。我們觀察隧道差距Δ
T之間存在很大差異,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了平均場(chǎng)BCS比率(2Δ
T / k
BT
c ~ 25),差距Δ
AR提取安德列夫反射光譜(2Δ
AR / k
BT
c ~ 6)。即使超導(dǎo)性被抑制，隧穿間隙仍然存在，這表明它是從偽間隙階段出現(xiàn)的。此外，當(dāng)MATBG與六方氮化硼(hBN)排列時(shí)，贗隙和超導(dǎo)性均不存在。這些發(fā)現(xiàn)和本文報(bào)道的其他觀察結(jié)果為MATBG中超導(dǎo)的非BCS機(jī)制提供了優(yōu)勢(shì)證據(jù)。
圖1 超導(dǎo)MATBG隧穿間隙的掃描隧穿光譜研究 a，實(shí)驗(yàn)裝置原理圖。b, MATBG的STM地形圖像。c，在A器件AA位點(diǎn)拍攝的Tunneling dI/dV(Vs, Vg)顯示了固定在EF上的傳導(dǎo)和價(jià)平帶。d 器件A的高分辨率dI/dV(V
s, V
g)在ν =-2，和ν =-2與ν =-3之間的間隙。e 在Vg =-22.6 V和Vg =-25.8 V時(shí)，器件A的dI/dV(Vs)光譜。f，除B裝置(1.06,0.1%應(yīng)變)外，與d相同。g在V
g =-19.8 V和V
g = -25.6 V時(shí)，器件B的dI/dV(Vs)光譜。
圖2 MATBG的點(diǎn)接觸光譜和Andreev反射 a利用密度調(diào)諧點(diǎn)接觸光譜(DT-PCS)測(cè)量安德烈耶夫反射過(guò)程的原理圖。b設(shè)備A在Vs = 0 V時(shí)接觸點(diǎn)G(V
g)的切線c在0 T和200 mT之間的五種磁場(chǎng)強(qiáng)度下，在Vg = -21 V超導(dǎo)載流子密度范圍內(nèi)點(diǎn)接觸G(Vs)譜線切割。d,線切的點(diǎn)接觸型G (V
s)光譜, e在50 mT左右Andreev反射消失的面外磁場(chǎng)的不同值的點(diǎn)接觸G(Vs, Vg)和dG/ dVs(Vs, Vg)。在1.3 K左右Andreev反射消失的不同溫度值的點(diǎn)接觸G(Vs, Vg)和dG/dVs(Vs, Vg)。g將dI/dV(V
s, V
g)并排隧道到設(shè)備A中相同位置的AA位點(diǎn)和點(diǎn)接觸g (V
s, V
g)。
圖3 隧道和Andreev反射譜曲線擬合 a dyns -function與Vg = -25.8 V時(shí)的實(shí)驗(yàn)隧穿光譜吻合b，除了對(duì)節(jié)點(diǎn)超導(dǎo)體與a相同， c，在300 mK和1 K之間的15個(gè)溫度下，在Vg = -21.8 V下，A '器件的Andreev反射光譜(實(shí)體曲線)與BTK模型(虛線曲線)相吻合d，從BTK中提取的過(guò)剩電流Iexc與超導(dǎo)能隙ΔAR吻合曲線。e A器件中在Vg = -20 V和Vg = -26 V之間的AA位點(diǎn)中心獲得的隧穿dI/dV(Vs)光譜。
圖4. 空穴摻雜MATBG的贗隙狀態(tài)和相圖 a dI / dV,隧道(Vs)光譜Vg = -25 V帶的中心一個(gè)AA位點(diǎn)在B = 0 T,0.5T,和1 T,顯示突出的差距在EF的持久性遠(yuǎn)高于MATBG. b，對(duì)于Vg = -19 V到Vg = -34 V，以及對(duì)于b = 0 T, 3 T，和6 T，在b器件AA位點(diǎn)上的隧道dI/dV(Vs, Vg)和dI/dV(Vs)光譜，清晰度曲線偏移7.5 nS。c，在空穴摻雜區(qū)域，MATBG作為平帶填充因子ν和磁場(chǎng)B的函數(shù)的相位示意圖。
圖5 DT-STS和DT-PCS在非超導(dǎo)MATBG上對(duì)準(zhǔn)hBN a，與底層hBN基底完全相稱的MATBG的STM圖像。b，不同Vs和Vg值的MATBG與hBN對(duì)齊的STM圖像， c，將dI/dV(Vs, Vg)引入AAb位點(diǎn)和G(Vs, Vg)的點(diǎn)接觸。d，來(lái)自c的dI/dV(Vs)光譜，清晰度偏移15 nS(左)和20 nS(右)。e，隧道dI/dV(Vg)和PCS G(Vg)線切割從c為Vs = 0 V。
相關(guān)科研成果由美國(guó)普林斯頓大學(xué)Ali Yazdani等人于2021年發(fā)表在Nature（https://doi.org/10.1038/s41586-021-04121-x）上。原文：Evidence for unconventional
superconductivity in twisted bilayer graphene。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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