第一作者：Yuan Cao

通讯作者：Pablo Jarillo-Herrero

第一单位：MIT

第一作者：Yuan Cao

通讯作者：Yuan Cao，Pablo Jarillo-Herrero

第一单位：MIT

 范德华异质结构是二元构筑单元垂直堆叠而成，在二维材料丰富的功能性基础上，可以实现更多的工程化操纵。其中一个方向，就是通过控制层间扭曲角度，来调控范德华异质结的电子结构。

 有鉴于此，MIT的Pablo Jarillo-Herrero、Yuan Cao团队在魔角扭曲的双层石墨烯中发现新的电子态，可以简单实现绝缘体到超导体的转变，打开了非常规超导体研究的大门。

Pablo Jarillo-Herrero（左）和Yuan Cao（右）

Nature杂志在2018年3月5日以背靠背的长文形式，在网站刊登了这项还没来得及排版的重大研究成果，并配以Eugene J. Mele的评述。

图1. 不同角度扭曲的双层石墨烯

Cao等人发现，堆叠的双层石墨烯中，电学行为对原子排列非常敏感，影响层间电子移动。对于物理学家而言，电学行为通常是由能量主导。而在这项研究中，单层石墨烯内原子间电子移动有关的能量在eV量级，而在层间的电子移动涉及的能量量级最多在几百meV。

要想解开这个谜题，对称性是关键！

对于结构高度有序的单层石墨烯而言，电学性能取决于对称性。研究人员制备了旋转扭曲的双层石墨烯，通过电子之间的相互作用来控制整个体系的电子态。旋转产生的位错使石墨烯层中的电子能带结构不再对齐，单胞变大。

图2.扭曲双层石墨烯中的电子能带结构

研究人员发现，扭曲的双层石墨烯会产生两种全新的电子态。一种电子态是Mott绝缘体态，来源于电子之间的强排斥作用。另一种是超导态，来源于电子之间的强吸引作用而产生零电阻。

当旋转角度小到魔角时（<1.05°），扭曲的双层石墨烯中垂直堆叠的原子区域会形成窄电子能带，电子相互作用效应增项，从而产生非导电的Mott绝缘态。在Mott绝缘态情况下加入少量电荷载流子，就可以成功转变为超导态。

图3. 石墨烯超晶格中的二维超导

       这项研究成果，为超导研究带来了新思路，也为全新电学性能的探索和工程化提供了良好的研究平台！

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1. Yuan Cao, P. Jarillo-Herrero et al. Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices. Nature 2018.

2. Yuan Cao, P. Jarillo-Herrero et al. Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices. Nature 2018.

3. Eugene J. Mele. Novel electronic states seen in graphene. Nature 2018.