Nature Materials：魔角石墨烯超導機制及磁性競爭

目前科研屆對魔角扭曲三層石墨烯中非常規超導的微觀機制了解甚少。印度塔塔基礎研究所Mandar M. Deshmukh等人研究了魔角扭曲三層石墨烯（MATTG）中超導態與磁性有序的競爭關系及其受莫爾不均勻性的影響。他們使用兩種互補的電輸運測量，通過電輸運測量（開關統計和磁阻分析），揭示了MATTG超導態的非單調溫度響應和面內磁場下的滯后現象；利用約瑟夫森結網絡模型，將莫爾晶格弛豫導致的“twistons”和“solitons”視為弱連接，解釋了系統的超導行為。在超導態附近，面內磁場下觀測到線性正磁阻和滯后效應，表明存在與超導競爭的磁性有序相。此外，研究團隊估計了超流體剛度Js≈0.15 K，具有很強的溫度依賴性，并表現出展寬的Berezinskii-Kosterlitz-Thouless轉變。該研究為理解魔角石墨烯超導機制及磁性競爭提供了關鍵實驗證據，并為設計新型量子材料奠定了基礎。研究成果以“Superconducting magic-angle twisted trilayer graphene with competing magnetic order and moiré inhomogeneities”發表于Nature Materials。

研究主要創新點

1.新型測量技術：首次在扭曲石墨烯體系中應用開關統計方法，揭示了超導態的動態特性與磁性競爭的微觀證據。

2.磁性競爭有序的發現：通過非單調開關電流分布和面內磁場滯后效應，直接證實了超導態與磁性有序的競爭。

3.約瑟夫森結網絡模型：將莫爾不均勻性導致的晶格缺陷建模為弱連接，為理解MATTG的宏觀超導行為提供了新視角。

4.寬化BKT相變的觀測：結合超流剛度測量，闡明了莫爾不均勻性對二維超導相變的顯著影響，擴展了傳統BKT理論的適用范圍。

5.多物理場耦合機制：揭示了電場、磁場和溫度對超導態的協同調控作用，為探索量子相變和強關聯電子態提供了新思路。

圖1：MATTG中SC

圖2：隨溫度變化的統計量表明不均勻性和競爭順序

圖3：隨磁場變化的開關統計量和磁滯量表明磁序是相互競爭的。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02252-4