Сильные корреляции и сверхпроводимость в супермуаровой решетке
Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны, Свободного университета Берлина и других институтов обнаружили сильную сверхпроводимость в супермуаровой решетке — скрученной трехслойной структуре графена с нарушенной симметрией и магическим углом, в которой перекрываются несколько муаровых узоров. Статья, опубликованная в журнале Nature Physics, может открыть новые возможности для разработки квантовых материалов.
Рис. 1. Рисунок, изображающий супермуаровую решетку, образованную интерференцией двух составляющих муаровых решеток. Электроны внутри структуры подвергаются воздействию этого возникающего супермуарового потенциала, который оказывает выраженное модулирующее воздействие на их электронное поведение и транспортные характеристики. Автор изображения: Зекан Чжоу.
Учёные стремились создать устройство, в котором два угла скручивания имеют одинаковую величину (трехслойный графен со скрученным магическим углом). Однако в ходе измерений было обнаружено, что фазовая диаграмма такого устройства принципиально отличается от диаграммы трехслойного графена со скрученным магическим углом. Зарегистрированные сигналы демонстрировали асимметрию относительно поля электрического смещения. Когда прикладывалось электрическое поле в одном и в противоположном направлениях, разработанная трехслойная система с магическим углом вела себя по-разному (возникновение резистивного состояния).
Главной целью стало определение возможности возникновения сильной сверхпроводимости в системе скрученного трехслойного графена с нарушенной зеркальной симметрией. Для этого учёные провели серию измерений электрического транспорта при низких температурах в разработанном ими устройстве. Измерения электрического сопротивления и поля смещения позволили составить полную фазовую диаграмму системы.
Рис. 2. TTG с нарушенной зеркальной симметрией. Источник: Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-025-03131-0
Учёные наблюдали почти нулевое сопротивление, что указывало на возникновение сверхпроводящих состояний. Измерения, зависящие от температуры, показали, что сверхпроводящее состояние постепенно подавляется с повышением температуры. Кроме того, система переходила из сверхпроводящего состояния в нормальное при превышении критического постоянного тока, значение которого также подавляется внеплоскостным магнитным полем.
В конечном итоге измерения показали, что сверхпроводящие состояния в устройстве подавляются магнитными полями уникальным образом. Это устройство не сохраняет зеркальную симметрию, поскольку углы скручивания между его различными слоями различны, тем не менее, оно демонстрирует сильную сверхпроводимость. Осцилляции Брауна-Зака (колебания) в устройстве указывают на то, что электроны в их системах находятся под влиянием более крупной периодической структуры. Это подтвердило, что слои графена образуют так называемую супермуаровую решетку.
