上海科技大学拓扑物理实验室团队在魔角石墨烯超导机理研究中取得重大突破

近日，上海科技大学物质科学与技术学院拓扑物理实验室陈宇林团队利用纳米角分辨光电子能谱（Nano-ARPES）技术，发现了超导魔角石墨烯中显著的谷间－电声子耦合效应，并确定了相应的声子模式。这一发现对科研人员理解魔角石墨烯的超导机理具有重要意义。研究中使用的Nano-ARPES技术能被广泛用于纳米材料与微纳器件的电子结构表征，为理解这些材料与器件中展现的新奇物态与独特功能提供了研究手段，并进一步为设计与探索新型量子材料提供支持。相关研究成果12月11日发表于《自然》。

魔角石墨烯因其超导电性和强关联电子特性成为国际凝聚态物理研究的热点。魔角石墨烯中存在的多种新奇电子态及其复杂的相互作用吸引科学家们开展了大量实验和理论研究，但对其精细的电子结构，特别是对其超导现象起源的理解，目前仍未有定论。

角分辨光电子能谱（ARPES）作为一种能直接测量材料精细电子结构的技术，在探索高温超导机理和新型拓扑量子材料的发现中发挥了重要作用。然而由于魔角石墨烯器件的空间尺寸仅有微米量级，传统ARPES技术难以发挥作用。在此次研究中，科研人员开发出具有亚微米量级空间分辨率的Nano-ARPES技术，利用该技术对双层转角石墨烯的电子结构进行了系统表征。科研人员在超导魔角石墨烯的电子能谱中首次发现平带复制现象，并且平带与复制带之间具有固定的能量间隔（150meV）；而在非超导的魔角石墨烯或者不超导的非魔角石墨烯中，均未观察到类似现象。实验结果结合理论计算分析表明，这些平带复制现象来源于超导魔角石墨烯中平带电子与具有150meV能量的谷间声子强耦合。系统的实验结果进一步表明，该电声子耦合与转角石墨烯中的超导电性高度相关。这些研究结果揭示了超导魔角石墨烯的独特电子结构，为理解其超导起源及其独特性质指明了方向。