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中国小伙，一天2篇Nature，关于菱面三层石墨烯，轰动世界！

2021-10-19 14:39:45 0 669

2018年3月，麻省理工学院PabloJarillo-Herrero课题组（曹原）发现将双层石墨烯堆叠起来，以~1.1°魔角旋转，就能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，使石墨烯的研究达到了新高度。

近日，加州大学圣芭芭拉分校Andrea F. Young课题组同一天在Nature上发表2篇论文，关于菱面三层石墨烯方面的重磅研究成果。一作是在读博士研究生周昊欣，一名中国留学生。

值得一提的是，周昊欣是中科大少年班2011级学生，是少年班2010级学生曹原的师弟。他和曹原一样，都是以非常年轻的年龄就在全球最顶尖期刊上发表了文章，名动世界。他们都是从中科大少年班成长起来，然后到世界顶尖学府深造。研究领域都是在石墨烯方面深入探索，不断攀登科研的无人区。

周昊欣从少年班毕业后，直博加州大学圣巴巴拉分校，今年是直博第7年。7年间未发表过一篇通讯或一作论文，仅在3年前发表过一篇Science三作。通过七年的蛰伏，不鸣则已，一鸣惊人。在今年9月1日，以第一作者身份，在Nature一次性背靠背发表了2篇文章。可见他对科学事业的热爱和执着，令人动容，也令成功眷顾。

第一篇

研究成果

通过电场效应来获得超导电性，是纳米电子学的一个中心目标。最近，在石墨烯云纹异质结构中实现了超导性，但这些结构并不是机械稳定的，且实验显示了强无序的特征。

作者报道了菱面三层石墨烯的超导电性，在亚开尔文温度下表现为低电阻率或消失电阻率。超导性发生在两个不同的栅极调谐区（SC1和SC2），并且在由平均自由程和超导相干长度之比定义的清洁极限内。通过量子振荡对正常态费米表面的映射显示，两个超导体都从环形费米海中出现，是同位旋对称破缺跃迁附近的载流子密度，其中费米表面简并度发生变化。SC1从顺磁正常状态出现，SC2从自旋极化、谷非极化的半金属出现，并违反面内磁场的泡利极限至少一个数量级。

作者根据几种机制对结果进行讨论，包括传统的声子介导的配对，由于近端同位旋序的波动而产生的配对，以及环形费米液体的固有不稳定性。对清洁且结构简单的二维金属中超导电性进行观察，提供了一个模型系统，避免了建模混乱的复杂性，用于测试相互竞争的超导电性理论模型；同时，基于相关电子现象和弹道电子传输，实现了新型场效应控制电子设备。

图文速递

图1. 菱形三层石墨烯（RTG）的超导性

图2. SC1的费米学

图3. SC1的磁场依赖性

图4 . SC2的费米学和磁场依赖性

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03926-0

第二篇

研究成果

铁磁性在过渡金属化合物中最为常见，其中电子占据高度定域的d轨道。然而，在低密度二维电子系统中也可能出现铁磁有序。

作者证明了菱面三层石墨烯中的门调谐范霍夫奇点将电子系统的自发铁磁极化驱动到一个或多个自旋和谷区。通过电容和输运测量，可观察到相位之间密度和电子位移场调谐的级联跃迁，其中量子振荡具有四倍、二倍或一倍简并度，分别与自旋和谷简并正常金属、自旋极化的“1/2金属”和自旋和谷极化的“1/4金属”相关。对于电子掺杂，唯象Stoner模型很好地捕捉了数据的显著特征，包含谷各向异性相互作用的。对于空穴填充，观察到一个更丰富的相图，具有费米表面拓扑中对称性破坏和跃迁的微妙相互作用。

最后，作者介绍了一种使用旋转排列的六角氮化硼衬底的莫尔超晶格。值得注意的是，作者发现同位旋序仅受到微扰，当超晶格带在1/2或1/4填充处，出现流动的1/2或1/4金属态时，莫尔势催化拓扑非平凡间隙态的形成。结果表明，菱面三层石墨烯是控制良好的多体理论测试的理想平台，并揭示了莫尔材料的磁性本质上是流动的。

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