【复材资讯】魔角石墨烯，再次登陆Nature Materials！
选题背景
三层石墨烯的魔角扭转（Magic-Angle Twisted Trilayer Graphene, MATTG）它是一种具有独特扭转堆叠结构的二维材料，因其潜在应用于超导性、自旋电子学和量子计算等前沿领域而受到广泛关注。
相对于传统的超导材料，MATTG拥有莫尔平带（moiré flatbands）强大的相关电子效应表现出许多新奇的物理变化，如违反Pauli极限、自旋三重态超导等。，具有更高的调节自由度和更丰富的量子态。但是这种材料中的超导机制还不清楚，尤其是在微尺度上，超导态和磁有序态之间可能存在的竞争关系仍然是一个研究难点，从而带来了对其本征基态和超导性能调控的考验。
正是这样，印度塔塔基础研究所Ayshii Mukherjee, Surat Layek，Subhajit Sinha，Mandar M. “Deshmukh等合作”Nature Materials《期刊》发表了题为“Superconducting magic-angle twisted trilayer graphene with competing magnetic order and moiré inhomogeneities"最新论文。基于理论预测，该团队设计并进行了两种互补的电输试验，揭示了超导态与面内磁有序态之间的竞争关系。基于理论预测，该团队设计并开展了两种互补的电输试验，揭示了超导态和面内磁有序态之间的竞争关系。他们利用温度揉面内磁场对超导开关分布进行系统测量，观察到统计显著的非单调和滞后行为，表明MATTG系统中存在与超导态竞争的磁有序态。与此同时，由于莫尔晶格松弛造成的不均匀性，该系统可以等效地将其视为Josephson结网络，进一步加剧了其超导响应的复杂性。
在正常混合区域附近，研究人员还发现，磁场诱导的线性正磁阻和明显的磁滞行为为磁有序态的存在提供了证据。另外，他们还通过了Berezinskiii。–Kosterlitz–Thouless（BKT）该系统的超流刚度估计为0.15。 K，并且观察BKT越迁的扩展特点。这些结果不仅为了了解MATTG中超导的起源提供了重要的线索，也为探索自旋谷自由度和强相关超导之间的莲藕机制提供了新的实验依据。
研究亮点
(1)试验首次在魔角扭曲三层石墨烯（MATTG）在超导态中，通过电输运输和开关测量，发现了与超导态竞争的面内磁序，并提供了该系统中非常规超导制度的证据。
(2)试验通过测量超导态中开关电流的统计分布，观察到磁场变化不单调，随温度揉面反应迟钝，暴露出有竞争性的磁有序状态，系统表现出由晶格松弛引起的莫尔不均匀性，形成约瑟夫森结网络。
(3)在超导附近的正常导电区域中，检测到磁场变化的滞后和线性正磁阻，进一步支撑了磁性顺序在表面的存在。
(4)通过类似Berezinskii通过–Kosterlitz–Thouless（BKT）对变化的分析，首次估计MATTG的超流刚度约为0.15 K，揭示了BKT由于莫尔结构不均匀而变宽的现象。
图文解读
图1: 魔角三层石墨烯magic-angle twisted trilayer graphene，超导电性superconductivityMATTG，SC。
图2:开关统计随着温度的变化而显示出不均匀性和竞争磁序。
图3:对磁序的开关统计和磁滞和磁场的描述。
图4:超流刚度估计，扩大BKT变化。
结论展望
本文采用开关测量方法对三层石墨烯进行扭曲。（MATTG）其中的超导态和相邻正常状态的磁阻行为得到了表征。该技术直接洞察了系统中空间莫尔的不均匀性和竞争顺序，通过温度揉面内磁场下的开关响应和磁阻来显示这些信息。
尽管作者展示了磁性竞争序列的证据，但其本质显然来自于一个可以与平行磁场藕合的序列。磁滞响应在正常状态下可能来自局域磁矩。作者的实验结论支持将MATTG描述为具有局域磁矩的重费米子系统。另外，这些发现有利于限制相关磁态的方法，这些方法可能是由间谷相关序诱导的。类似的情况也存在于复杂的氧化物系统(如LAO/)中，它具有超导性和磁有序共存STO 和 KTaO₃）里面被观察到了。
有鉴于此，作者对MATTG系统的研究不仅仅是石墨烯的“扭曲电子学”（twistronics）该领域具有重要意义和更广泛的物理价值。展望未来，该系统有望探索量子相变过程，从正常磁态到包括并存磁有序的超导态。
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