在传统超导体中,库珀配对 Cooper pairing发生在自旋相反的电子之间。今日,加州大学圣芭芭拉分校Andrea F. Young团队在Science上发文,报道了在伯纳尔Bernal双层石墨烯中,观察到了自旋极化的超导电性,当掺杂到较大外加垂直电场产生的鞍点Van Hove奇点时。在由自旋和动量空间谷自由度组合所定义的同位旋空间内,观察到了电子相之间的静电门调谐跃迁级联,这是通过它们的极化来区分的。尽管所有这些相在零磁场下都是金属性的,但可观察到在平行于二维片施加的有限B‖≈150mT下向超导态的转变。超导电性发生在对称破缺转变附近,并且仅存在于顺磁超导体的B‖极限之上,观察到的转变温度Tc≈30mK,与自旋三重态序参量一致。
Isospin magnetism and spin-polarized superconductivity in Bernal bilayer graphene 伯纳尔双层石墨烯中的同位旋磁性和自旋极化超导。
图1. 伯纳尔Bernal双层石墨烯中的同位旋对称破缺
图2. 磁场感生超导
图3. 超导态的费米学
图4.磁场诱导相变 该研究结果,对石墨烯系统中超导电性的任何普适理论,都有很大的限制——假设这样的理论存在。特别地,伯纳尔双层石墨烯Bernal bilayer graphene BBG、菱形三层石墨烯rhombohedral trilayer graphene,RTG和莫特Moiré系统,在其各自超导机制中,其费米面拓扑结构的差异表明,费米面细节不是超导机制的核心。相反,接近同位旋有序相才是莫特相和晶体石墨烯超导体的一般特征,这暗示了涨落介导fluctuation mediated 或其他纯粹的斥力机制repulsive mechanism。 然而,该实验还没有排除声子介导机制,其中一般配对仅导致在窄密度范围内和对于特定的潜在同位旋有序相的可观测超导转变温度Tc。关于解决超导机制,当前工作最大影响是实用性:伯纳尔双层石墨烯BBG的稳定性,允许以高产量和可重复性制造异常高质量系统。这将允许探测配对对称性,例如在混合超导环中的相位敏感测量,这可以直接证明或反驳在本工作中推断的自旋三重态性质。此外,这里和菱形三层石墨烯RTG中探索的范霍夫奇点 van Hove singularities类型,对所有石墨烯多层都是通用的,因此,预计场效应控制的超导电性,在具有足够低无序度的石墨烯同素异形体中是普遍现象。 文献链接: DOI: 10.1126/science.abm8386
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