石墨烯基高質量二維電子系統(tǒng)因其在超導性研究中的高度可調性，近年來成為研究熱點。具體來說，超導性已在電子摻雜和空穴摻雜的扭曲石墨烯莫爾系統(tǒng)中得到了觀察；然而，在晶體石墨烯系統(tǒng)中，超導性迄今僅在空穴摻雜的菱形三層石墨烯（RTG）和空穴摻雜的伯納爾雙層石墨烯（BBG）中被觀察到。最近的研究表明，由于接近單層WSe2，BBG中的超導性得到了顯著增強。盡管石墨烯中的固有自旋軌道耦合（SOC）效應可以忽略不計，但通過直接將石墨烯與過渡金屬二硫化物層接觸，可以通過近鄰效應誘導SOC。這種范德華SOC近鄰方法已被證明是調控基于石墨烯的系統(tǒng)物理特性的一個重要手段。近鄰誘導的伊辛SOC被認為是穩(wěn)定BBG/WSe2異質結構中超導狀態(tài)的關鍵因素。然而，無論是在石墨烯莫爾系統(tǒng)還是在晶體石墨烯系統(tǒng)中的超導配對機制，仍然是一個懸而未決的研究課題。為了攻克這一難題，上海交通大學物理與天文學院長聘教軌副教授李聽昕、上海交通大學李政道研究所長聘教軌副教授劉曉雪及武漢大學吳馮成教授團隊合作并攜手在“Nature”期刊上發(fā)表了題為“Tunable superconductivity in electron- and hole-doped Bernal bilayer graphene”的最新論文。他們通過靜電摻雜在電子摻雜和空穴摻雜的BBG/WSe2器件中觀察到了超導性和一系列味對稱性破缺相。通過施加垂直電場，可以調節(jié)所觀察到的超導性的強度，電子摻雜和空穴摻雜超導性的最大Berezinskii–Kosterlitz–Thouless轉變溫度分別約為210mK和400mK。? ?得益于設備中可實現(xiàn)的高垂直電位移場D，首次在晶體石墨烯中觀察到了電子摻雜的超導性。空穴摻雜的超導性違反了泡利順磁極限，這與類伊辛超導體一致。相比之下，盡管在導帶中也顯著存在近鄰誘導的伊辛自旋軌道耦合，但電子摻雜的超導性遵循泡利極限。以上研究結果突顯了BBG導帶中豐富的物理現(xiàn)象，為進一步研究晶體石墨烯的超導機制及基于BBG的超導器件的開發(fā)鋪平了道路。
文獻信息：Li, C., Xu, F., Li, B. et al. Tunable superconductivity in electron- and hole-doped Bernal bilayer graphene. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07584-w
