深入理解高溫超導(dǎo)機(jī)制是凝聚態(tài)物理的一個(gè)重大課題。
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一般用Hubbard模型解釋高溫超導(dǎo)機(jī)制，并認(rèn)為高溫超導(dǎo)現(xiàn)象源自摻雜的Mott絕緣體。
然而，由于在摻雜的Mott絕緣體中存在強(qiáng)電子關(guān)聯(lián)，要得到Hubbard模型的精確解面臨著空前的困難。
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因此，如果能選取可控的Hubbard體系作為研究對(duì)象，并系統(tǒng)考察高溫超導(dǎo)隨著Hubbard模型中各參數(shù)的演化規(guī)律，就能加深對(duì)Hubbard模型的理解，有利于進(jìn)一步探索高溫超導(dǎo)規(guī)律。
2019年7月17日，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的王楓教授、復(fù)旦大學(xué)的張遠(yuǎn)波教授和斯坦福大學(xué)的David Goldhaber-Gordon教授（共同通訊作者） 等報(bào)導(dǎo)了在ABC構(gòu)型的三層石墨烯(TLG) 和六方氮化硼(hBN) 構(gòu)成的摩爾超晶格異質(zhì)結(jié)中觀察到可控超導(dǎo)現(xiàn)象。
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理論計(jì)算表明，在垂直位移場(chǎng)下，ABC-TLG/hBN異質(zhì)結(jié)顯示出分離的平價(jià)帶，其帶寬可以通過(guò)垂直位移場(chǎng)連續(xù)調(diào)節(jié)。
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該現(xiàn)象與魔角扭曲雙層石墨烯中的現(xiàn)象截然不同，并能用三角形超晶格的Hubbard模型來(lái)解釋。
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通過(guò)施加垂直位移場(chǎng)，作者發(fā)現(xiàn)ABC-TLG/hBN超晶格在20 K下顯示出Mott絕緣態(tài)。
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Mott絕緣態(tài)的填充率分別為1/4和1/2，這相當(dāng)于平均每個(gè)單胞含有1個(gè)或2個(gè)空穴。
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繼續(xù)冷卻時(shí)，在1/4填充Mott絕緣態(tài)的電子摻雜和空穴摻雜一側(cè)，均能觀察到超導(dǎo)的“穹頂”特征在低于1 K時(shí)出現(xiàn)。
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ABC-TLG/hBN超晶格的電子行為對(duì)帶寬和電子-電子相互作用的變化較敏感。
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通過(guò)調(diào)控垂直位移場(chǎng)，該工作證實(shí)ABC-TLG/hBN超晶格發(fā)生了從超導(dǎo)態(tài)向Mott絕緣態(tài)和金屬態(tài)的轉(zhuǎn)變。
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該工作表明，ABC-TLG/hBN超晶格是研究可控三角形Hubbard模型及相關(guān)豐富現(xiàn)象的利器。
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這項(xiàng)工作以“Signatures of tunable superconductivityin a trilayer graphene moiré superlattice”為標(biāo)題發(fā)表在國(guó)際頂刊Nature上。
圖一、ABC-TLG/hBN摩爾超晶格中的Mott絕緣體
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圖二、ABC-TLG/hBN摩爾超晶格中的超導(dǎo)現(xiàn)象
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圖四、用垂直位移場(chǎng)調(diào)控ABC-TLG/hBN中的電子相
Signaturesof tunable superconductivity in a trilayer graphene moiré superlattice （Nature, 2019, DOI: 10.1038/s41586-019-1393-y）
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