最近引入了扭曲雙層石墨烯 (t-BLG) 作為一個豐富的物理平臺，顯示出平坦的電子能帶、強相關態(tài)和非常規(guī)的超導性。 研究暗示了 t-BLG 莫爾狄拉克帶的不尋常 Z
2 拓撲。 然而，仍然缺乏這種莫爾帶拓撲結構和相關邊緣狀態(tài)的直接實驗證據(jù)。在此，使用超導量子干涉儀，我們重建了 t-BLG Josephson 結中的空間超電流分布，并揭示了位于超晶格帶隙中的邊緣態(tài)的存在。 在超晶格帶隙之外的高電阻區(qū)域中沒有邊緣傳導證實了邊緣傳輸源于位于帶隙內的電子態(tài)的填充，并進一步允許我們排除其他幾種邊緣傳導機制。 這些結果證實了扭曲雙層石墨烯不尋常的莫爾帶拓撲結構，并將激發(fā)進一步研究以探索其后果。
圖 1. (a) 通過扭曲兩個石墨烯晶格形成的莫爾圖案示意圖。 (b) t-BLG 的能帶結構，扭轉角為 1.74°。(c) 由 hBN 封裝的 t-BLG 的光學顯微鏡圖像。 增強了 t-BLG 區(qū)域的對比度以提高可見度。 (d) 用于超導量子干涉測量的 t-BLG JJ 示意圖。 對 t-BLG 進行 MoRe 邊緣接觸，并施加可變的垂直磁場。 載流子濃度由硅背柵控制。 (e) MoRe/tBLG/MoRe JJ 的掃描電子顯微鏡圖像。 t-BLG 是紅色的假色。 (f) 器件 D1在 80 K 時作為載流子濃度函數(shù)的兩端電阻。頂部水平軸表示絕對載流子濃度，底部水平軸表示相對于完全填充 n
s 的載流子濃度（每個 4 個電子 莫爾晶胞）。
圖 2. (a) JJ 中均勻電流流動的圖示以及由此產(chǎn)生的弗勞恩霍夫干涉圖案。 (b) JJ 中的邊緣電流流動和由此產(chǎn)生的 SQUID 干涉圖案的圖示。 (c) 準四端電阻作為 6 K 時載流子濃度的函數(shù)，使用 1 μA 交流激勵以避免器件 D1 的超電流。彩色三角形表示 d 中干涉圖案的載流子濃度。（d）低于和超晶格帶隙（300 mK）的載流子濃度的干涉圖案。 虛線表示在 0.32n
s 處 Fraunhofer 模式的節(jié)點位置。 (e) d 中干涉圖案的重建超電流分布。
圖 3. (a) 器件 D2 在 80 K 時作為載流子濃度函數(shù)的兩端電阻。(b) 不同填充時 t-BLG JJ (D2) 上的差分電阻與測量的直流偏置。 (c) dV/dI 與 B 和 IDC 在 n = 1.39ns（遠離 SL 間隙）處顯示不完美的類似 Fraunhofer 的干涉圖案。 （d）在 n = 1.39ns 處重建 t-BLG JJ 中的電流分布，表明體積主導傳導。 (e) n = 0.99ns（SL 間隙底部）時的 SQUID 樣干涉圖案（dV/dI vs B 和 IDC）。 (f) 在 n = 0.99ns 處重建 t-BLG JJ 中的超電流分布，顯示兩個主要傳導通道。
圖 4. (a) D2 的 SL 帶隙附近的 R 與 n，在 300 mK 處測量。 插圖顯示了從（-1.2ns 到 1.2ns）的全掃描。 彩色三角形表示 c 中數(shù)據(jù)的載流子濃度。 (b) D3 的 SL 帶隙附近的 R 與 n，在 320 mK 處測量。插圖顯示了從（-1.2ns 到 1.2ns）的全掃描。 彩色三角形表示 d 中數(shù)據(jù)的載流子濃度。(c) ΔG 對 B 表示接近和遠離 n = n
s 的載流子濃度，顯示 D2 (300 mK) 中超電流傳導通道的演變。(d) ΔG 與 B 接近和遠離 n = n
s 的載流子濃度顯示 D3 (320 mK) 中超電流傳導通道的演變。
相關研究成果由耶魯大學Matthieu Fortin-Deschênes、德克薩斯大學Yan-Feng Zhou和石溪大學Xu Du等人2022年發(fā)表在ACS Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c01481)上。原文：Uncovering Topological Edge States in Twisted Bilayer Graphene。
轉自《石墨烯研究》公眾號
