自從扭曲雙層魔角石墨烯(MATBG，magic-angle twisted bilayer graphene)的超導(dǎo)態(tài)和絕緣態(tài)面世以來(lái)，MATBG中的電子相互作用就成了吸引世人的一個(gè)謎。

隨著摻雜濃度的變化，MATBG的輸運(yùn)性質(zhì)也會(huì)隨之改變。其變化規(guī)律類似于具有高轉(zhuǎn)變溫度的銅氧化物及其他超導(dǎo)體。這表明MATBG很有可能屬于高度關(guān)聯(lián)體系。但目前還沒有實(shí)驗(yàn)證據(jù)能直接證明MATBG中的多體強(qiáng)關(guān)聯(lián)。

近日，美國(guó)普林斯頓大學(xué)Ali Yazdani（通訊作者）和Yonglong Xie （第一作者）等用高分辨掃描隧道顯微鏡（STM）得到了MATBG中多體強(qiáng)關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并以載流子密度的函數(shù)這一形式呈現(xiàn)。

MATBG顯示出不尋常的顯微學(xué)特征。這一現(xiàn)象可歸因于不同摻雜水平下的電子-電子相互作用。在調(diào)節(jié)摻雜水平的過(guò)程中，MATBG表現(xiàn)出超導(dǎo)特征。

以往，研究人員往往用平均場(chǎng)理論解釋MATBG中的電子-電子相互作用。但該工作發(fā)現(xiàn)，STM測(cè)得的實(shí)驗(yàn)證據(jù)并不能用平均場(chǎng)理論來(lái)解釋。

平均場(chǎng)理論在諸如銅氧化物的強(qiáng)關(guān)聯(lián)超導(dǎo)體中失效。這激勵(lì)著人們研究并改進(jìn)原有的強(qiáng)關(guān)聯(lián)Hubbard模型。

研究發(fā)現(xiàn)，基于Hubbard模型團(tuán)簇計(jì)算，能得到與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致的模擬結(jié)果。這源自MATBG關(guān)聯(lián)電子態(tài)幾乎完全局域的特性。

這項(xiàng)工作表明研究多體關(guān)聯(lián)對(duì)深入理解MATBG的輸運(yùn)性質(zhì)具有重大意義。

該工作以“Spectroscopic signatures of many-bodycorrelations in magic-angle twisted bilayer graphene”為標(biāo)題于2019年7月31日在線發(fā)表于國(guó)際頂刊Nature上。