Link between thermodynamic correlation signatures and superconductivity in twisted trilayer graphene
通过结合扭转三层石墨烯中的局部热力学与输运测量，该研究揭示了超导性并非直接与关联绝缘体相关联，而是与压缩率锯齿状特征的强度密切相关，这表明其具有共同的起源，且该起源与电子-电子相互作用及随扭转角变化的能带结构有关。
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想象一下电子的世界就像一座繁忙的城市。在大多数材料中，这些微小的公民像高速公路上的通勤者一样自由穿梭。但有时，科学家们可以利用石墨烯层（一种只有单个碳原子厚度的材料）为电子构建一种特殊的“交通堵塞”。通过以非常特定的微小角度旋转这些层，他们创造了一种被称为“莫尔条纹”（moiré pattern）的巨大重复图案。这种图案就像一个笼子，将电子困在一个它们难以轻易移动的小空间里。当电子被挤压进这些狭窄的地点时，它们会开始剧烈地相互作用，就像一个拥挤的舞池，每个人都在互相碰撞。这种剧烈的相互作用会迫使电子组织成奇异的新状态：有时它们完全停止移动并变成绝缘体（一种阻断电流的材料），而有时它们又会配对并无电阻地流动，从而变成超导体。
多年来，科学家们一直试图弄清楚这种超导性的秘密配方。核心问题一直是：超导性的出现是因为绝缘态的存在，还是它们只是恰好出现在同一个社区里的两种不同现象？这就像是在试图弄清楚，一家冰淇淋店受欢迎是因为旁边的图书馆关门了，还是因为它本身就很有名。为了解决这个问题，研究人员需要用两双不同的眼睛观察同一片土地：一双测量电子有多“软”（热力学），另一双测量电流通过它们的效果如何（输运）。
在这项研究中，一个研究小组决定使用一种独特的扭转石墨烯版本——“扭转三层石墨烯”来调查这个谜团。他们没有使用两层，而是使用了三层，并以两个不同的角度进行扭转。他们发现了一个特殊的点，那里的角度是不匹配的（大约为 1 比 3 的比例），创造了一个电子行为随着跨越样本移动而平滑变化的景观。
研究人员使用了一种名为扫描单电子晶体管（可以将其想象成一个能感受到电子“压力”的微型温度计）的超灵敏工具，来绘制电子景观图。他们发现了电子城市中发生的两个主要现象。首先，在某些点上，电子形成了坚硬的绝缘墙，并在其能级中存在一个间隙。其次，他们观察到电子在受到挤压时的响应呈现出一种“锯齿状”模式，这表明存在强烈的相互作用以及重电子与轻电子行为的混合。至关重要的是，他们发现形成这些绝缘墙的“魔角”对于向一个方向移动的电子与向另一个方向移动的电子是不同的，也与锯齿状模式最强的角度不同。
随后，他们在刚刚绘制好的同一处位置上方建造了一条微型电气高速公路（霍尔条/Hall bar）。当他们开启电流时，他们发现了稳健的超导性——即电流无电阻流动的区域。这里有一个大惊喜：超导性似乎并不在意那些绝缘墙。在许多地方，即使附近没有绝缘间隙，电子仍然表现出超导性。这表明绝缘体和超导体之间并没有直接的联系；一个并不是由另一个引起的。
相反，研究人员发现超导性与那个“锯齿状”模式之间有着更紧密的联系。锯齿状振荡在电子压力中越强烈，材料变为超导体的温度就越高。这就像超导性和锯齿状模式在跳着同样的舞步，而绝缘墙只是在旁边观望。团队认为，超导性和锯齿状模式可能都是由相同的底层条件驱动的——也许是重电子与轻电子混合的方式——而不是由其中一个引起另一个。
通过在完全相同的材料上结合这两种不同的测量技术，该团队能够拨开通常在比较不同样本时产生的迷雾。他们证明了，虽然绝缘态是脆弱的且仅出现在特定位置，但超导性更为稳健，并且与锯齿状模式中所见的电子相互作用强度密切相关。这项工作并没有完全解开超导性的全部奥秘，但它有力地表明，寻找“锯齿状”特征可能才是找到更好超导体的关键，而不是寻找绝缘间隙。
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