上海科技大學，最新Nature!

1.【科學背景】

魔角扭曲雙層石墨烯（MATBG）因其獨特的可調諧性而受到廣泛關注，它為研究強相關電子現象提供了一個通用平臺。在這一低密度電子系統中，已經觀察到了多種電子態，包括超導性、強關聯絕緣態、偽間隙相、拓撲相和軌道磁性等。這些現象很可能源于強電子庫侖相互作用的復雜交織，在平帶系統中，這種相互作用甚至可以超越動能的影響。然而，對于這種非傳統超導態的起源，目前尚無定論，研究人員提出了多種配對機制，如強電子關聯、電子-聲子相互作用、自旋漲落和自旋共振等。 近幾十年來，角分辨光電發射光譜（ARPES）已成為研究量子材料的關鍵工具，它使得在動量空間中直接可視化電子結構成為可能。然而，二維材料器件的微小尺寸（通常在1-10微米范圍內）以及MATBG器件普遍存在的扭轉角不均勻性，對傳統ARPES技術的空間分辨率提出了挑戰。得益于高通量X射線光學的最新進展，現在可以實現利用亞微米級的空間精度（μ-ARPES）進行高質量ARPES測量，這一技術特別適合解析MATBG器件中復雜的電子結構。

2.【創新成果】

基于以上研究背景，上海科技大學陳宇林教授、美國埃默里大學王耀（共同通訊作者）等人利用具有微米級空間分辨率的μ-ARPES技術，深入探究了超導MATBG的特性，尤其是當其與六方氮化硼（hBN）襯底不對齊時的情況，揭示了強電子-聲子耦合（EPC）的存在。相關研究成果以“Strong electron–phonon coupling in magic-angle twisted bilayer graphenes”為題發表在最新Nature期刊上。

圖1. μ-ARPES測試和MATBG器件幾何構型。? 2024 Springer Nature

圖2. 超導MATBG（hBN不對齊）中平帶復制品的觀測。? 2024 Springer Nature

研究發現，超導MATBG中存在平帶的復制品現象。這些復制品能量間隔均勻，誤差范圍內約為150±15 meV，這一結果強烈表明了強電子-聲子耦合的存在。尤為重要的是，在非超導的扭曲雙層石墨烯（TBG）系統中，無論是在MATBG與hBN對齊的情況下，還是當TBG偏離了所謂“神奇角度”時，這些平帶的復制品均未被觀測到。

圖3. 在非超導TBG器件中不存在平帶復制品。? 2024 Springer Nature

圖4. MATBG中的谷間電子-聲子耦合。? 2024 Springer Nature

3.【科學啟迪】

在本工作中， 作者利用具有微米級空間分辨率的μ-ARPES技術，揭示了超導MATBG中電子-聲子耦合（EPC）的神奇特性。盡管這些研究成果并不能直接將電子-聲子耦合認定為MATBG中的超導驅動力，但它們無疑揭示了超導MATBG內在的電子結構，為解讀其超導性的非傳統電子環境提供了不可或缺的關鍵信息。這些發現，為解開MATBG超導性的神秘面紗以及探索其潛在的應用前景，奠定了堅實的科學基礎。

原文詳情：Chen, et al. Strong electron–phonon coupling in magic-angle twisted bilayer graphene. Nature. (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08227-w。