超導成果 登上Nature！

一、【科學背景】

二維材料中的超導性，尤其是由莫爾超晶格效應引發的平帶超導性，近年來引起了廣泛關注。扭曲的雙層和三層石墨烯由于層間耦合和莫爾超晶格的相互作用，形成了低能平帶，展現出強關聯電子現象，部分研究已證明石墨烯系統中存在超導性。然而，盡管在莫爾結構的過渡金屬二硫化物（TMDs）等其他二維材料中觀察到了豐富的關聯現象，超導性的強有力實驗演示依然缺乏，這仍然是一個亟待解決的問題。在TMDs中，莫爾圖案也能引發低能平帶，并已成為實現強關聯電子態的高度可調系統。盡管理論預測過渡金屬二硫化物可能展現超導性，但至今尚未有明確的實驗觀察，表明二維平帶系統中是否普遍具備超導性，或是石墨烯等結構中某些獨特特性在超導性形成中發揮著關鍵作用。因此，如何明確二維TMDs材料中的超導機制，并確定其與平帶結構的關系，成為了當前急需解決的科學問題。

二、【創新成果】

近日，哥倫比亞大學Cory R. Dean團隊在Nature上發表了題為“Superconductivity in 5.0° twisted bilayer WSe₂”的論文，本文本論文首次在5.0°扭曲雙層WSe?中觀測到超導性，發現其超導性與反鐵磁（AFM）相的費米面重構共存，推測自旋漲落可能是配對機制的關鍵。研究表明，施加位移場后，莫爾帶范霍夫奇點（VHs）附近的態密度增加及磁化率提升觸發了AFM相，從而促進了超導態的形成，為探索二維材料中超導性與磁序的關系提供了重要線索。

圖1 電子能帶結構與超導口袋 ? 2024 Springer Nature

圖2 tWSe₂的超導性 ? 2024 Springer Nature

圖3 磁性和相位圖 ? 2024 Springer Nature

圖4 超導邊界的溫度依賴性 ? 2024 Springer Nature

三、【科學啟迪】

該項成果為理解二維材料中超導性的機制提供了新的思路，特別是過渡金屬二硫化物（TMDs）系統中的超導性。研究發現，WSe?的超導性與反鐵磁相的相互作用密切相關，超導配對可能由自旋漲落介導，提供了不同于常規聲子介導機制的可能性。該研究揭示了超導性與Fermi表面重構、磁性有序之間的關系，進而推動了對二維材料中強關聯電子態的理解，為量子材料、磁性材料以及自旋電子學領域的應用提供了寶貴的理論依據。未來，進一步研究磁性和超導態之間的相互作用以及旋轉角度對相圖演化的影響，將為開發新型量子材料和超導技術奠定基礎。

原文詳情：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08381-1