石墨烯基高質(zhì)量二維電子系統(tǒng)因其在超導(dǎo)性研究中的高度可調(diào)性，近年來成為研究熱點。具體來說，超導(dǎo)性已在電子摻雜和空穴摻雜的扭曲石墨烯莫爾系統(tǒng)中得到了觀察；然而，在晶體石墨烯系統(tǒng)中，超導(dǎo)性迄今僅在空穴摻雜的菱形三層石墨烯（RTG）和空穴摻雜的伯納爾雙層石墨烯（BBG）中被觀察到。最近的研究表明，由于接近單層WSe2，BBG中的超導(dǎo)性得到了顯著增強。盡管石墨烯中的固有自旋軌道耦合（SOC）效應(yīng)可以忽略不計，但通過直接將石墨烯與過渡金屬二硫化物層接觸，可以通過近鄰效應(yīng)誘導(dǎo)SOC。這種范德華SOC近鄰方法已被證明是調(diào)控基于石墨烯的系統(tǒng)物理特性的一個重要手段。近鄰誘導(dǎo)的伊辛SOC被認為是穩(wěn)定BBG/WSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)中超導(dǎo)狀態(tài)的關(guān)鍵因素。然而，無論是在石墨烯莫爾系統(tǒng)還是在晶體石墨烯系統(tǒng)中的超導(dǎo)配對機制，仍然是一個懸而未決的研究課題。為了攻克這一難題，上海交通大學物理與天文學院長聘教軌副教授李聽昕、上海交通大學李政道研究所長聘教軌副教授劉曉雪及武漢大學吳馮成教授團隊合作并攜手在“Nature”期刊上發(fā)表了題為“Tunable superconductivity in electron- and hole-doped Bernal bilayer graphene”的最新論文。他們通過靜電摻雜在電子摻雜和空穴摻雜的BBG/WSe2器件中觀察到了超導(dǎo)性和一系列味對稱性破缺相。通過施加垂直電場，可以調(diào)節(jié)所觀察到的超導(dǎo)性的強度，電子摻雜和空穴摻雜超導(dǎo)性的最大Berezinskii–Kosterlitz–Thouless轉(zhuǎn)變溫度分別約為210mK和400mK。? ?得益于設(shè)備中可實現(xiàn)的高垂直電位移場D，首次在晶體石墨烯中觀察到了電子摻雜的超導(dǎo)性。空穴摻雜的超導(dǎo)性違反了泡利順磁極限，這與類伊辛超導(dǎo)體一致。相比之下，盡管在導(dǎo)帶中也顯著存在近鄰誘導(dǎo)的伊辛自旋軌道耦合，但電子摻雜的超導(dǎo)性遵循泡利極限。以上研究結(jié)果突顯了BBG導(dǎo)帶中豐富的物理現(xiàn)象，為進一步研究晶體石墨烯的超導(dǎo)機制及基于BBG的超導(dǎo)器件的開發(fā)鋪平了道路。
文獻信息：Li, C., Xu, F., Li, B. et al. Tunable superconductivity in electron- and hole-doped Bernal bilayer graphene. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07584-w
