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當兩層石墨烯扭曲到接近1°的角度時，就會發生很多奇特的物理學現象，比如超導。過去幾年，我們見證了魔角石墨烯的快速發展，也認識了天才少年曹原，被他的才華所震撼。從魔角雙層石墨烯的各種性質，再到魔角三層石墨烯，這個領域的新性質和新疊加結構不斷地吸引人的注意，也不斷地牽引著全球科學家的心弦。

過去，魔角石墨烯的研究是將單層與單層的石墨烯進行疊加，來進行新性質的發現，從兩層到三層，未來沒準會到四層，五層……但是，最先出來的是另外一種結構扭曲“雙雙層石墨烯”（twisted double-bilayer graphene， TDBG），這是啥呢？

就是把兩個雙層石墨烯以某個角度疊加到一起，這在技術上來說更有難度，這里面又有什么驚人的發現呢？

蘇黎世聯邦理工學院Peter Rickhaus（一作兼通訊）等人在Science上發表了文章Correlated electron-hole state in twisted double-bilayer graphene，對雙雙層石墨烯中的相關電子空穴態進行了研究。

在這項研究中，作者表明雙雙層石墨烯中，相關的電子-空穴態更傾向于在2°和3°之間扭轉角范圍內形成。作者主要研究了扭曲到2.37°的相關電子空穴狀態。在這個角度上，莫爾態保留了大部分孤立的雙層特征，允許他們的雙層投影由門單獨控制。通過設置扭轉角，使層間耦合足夠強，可以形成莫爾帶，但又足夠弱，可以分別控制上下兩層的載流子濃度。在頂部雙分子層中摻雜電子，在底部雙分子層中摻雜空穴，研究人員創造了一個嵌套費米表面的相關狀態。

使用這種特性在狹窄的孤立電子和具有良好嵌套性能的帶之間產生能量重疊。作者的測量揭示了與密度波態一致的重建費米表面有序狀態的形成。這種狀態可以在不引入化學摻雜物的情況下進行調整，從而可以研究相關的電子空穴狀態及其與超導性的相互作用。

圖文詳情

圖1. 在雙雙層石墨烯中設計DW狀態

圖2. 建立電子空穴流體

圖3. 相關的間隙對參數D和n的依賴關系

圖4. 自旋極化的相關間隙

文獻信息

Correlated electron-hole state in twisted double-bilayer graphene. Rickhaus et al., Science 373, 1257–1260 (2021).

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abc3534

原創文章，作者：Gloria，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/12/e9eaa35131/

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