《PNAS》：雙層扭曲石墨烯中的庫侖相互作用、聲子和超導性！

雙層扭曲石墨烯(TBG)，相信大家都不陌生。自從提出以來，關於其的研究一直是方興未艾。似乎，這是一個巨大的寶藏，等着大家慢慢去挖掘。

在此，來自西班牙多諾斯蒂亞國際物理中心的Francisco Guinea等研究者，分析了雙層扭曲石墨烯在電子-空穴對、等離子體和聲子的共同作用下的極化率。相關論文以題爲“Coulomb interaction, phonons, and superconductivity in twisted bilayer graphene”發表在PNAS上。

論文鏈接：

https://www.pnas.org/content/118/32/e2107874118

扭曲雙層石墨烯(TBG)，顯示了一個複雜的相圖，它結合了超導和絕緣相，類似於之前在凝聚態物理中遇到的強相關材料。另一方面，超導電性在TBG中似乎更爲普遍，而在其他強相關材料中磁性相占主導地位。

人們對引起TBG超導性的配對相互作用進行了深入的研究。在其他可能的配對機制中，聲子的作用、化學勢接近態密度(DOS)中的範霍夫奇點和絕緣相的激發，以及電子屏蔽的作用都被考慮在內。

在這裡，研究者分析了屏蔽庫侖相互作用是如何在TBG中誘導配對的。計算是基於通過排斥相互作用研究各向異性超導的Kohn-Luttinger形式。屏蔽包括電子空穴對、等離子體和聲子(注意，聲子在TBG中與電子空穴連續體重疊)。研究結果表明，儘管臨界溫度爲Tc~10−3-10−2 K，但僅由等離子體和電子-空穴對屏蔽的斥力庫侖相互作用導致各向異性超導。在屏蔽函數中，包含聲子大大提高了臨界溫度，達到Tc~1-10K。此外，研究者估計了階數參數，它在費米表面的不同區域顯示不同的值。由大動量交換引起的Umklapp過程，對超導的形成至關重要。在此，研究者提供了與實驗測量一致的估計和趨勢，強調了電子能帶結構接近費米能級時超導性的可調諧性。

圖1 (上)屏蔽電子-電子相互作用的費曼圖；(下)逆介電函數虛部的動量和頻率依賴關係。

圖2 (A)在不同角度下，臨界溫度作爲填充函數的值；(B)魔角θ=1.085°和不同填充的譜帶和DOS。

圖3 有(紅色曲線)和沒有(黑色曲線)電子-聲子對相互作用的屏蔽貢獻的超導臨界溫度。

圖4 在魔角θ=1.085°和填充n=0(A)和n=−2 (B)時，序參量的絕對值(左)和相位(右)投影到整個BZ的價帶上。

這裡介紹的工作涉及兩個主要主題：TBG的激發分析。這些計算描述了電子-空穴對、等離子體和聲子。谷間光聲子的效應，將增強或抑制配對取決於配對電子是在自旋單態/谷三態還是自旋三態/谷單態組合中。

本文的結果實現了變形勢的屏蔽和電子-空穴對和聲子色散的重正化。電子帶包括哈特里勢的影響，但不包括交換貢獻。研究發現，由於等離子體和聲子，電子-空穴連續體發生了顯著的重正化，聲子色散發生了互變。在接近半填充時，中心帶最窄，BZ中的所有狀態都對序參量有貢獻。遠離半填充，序參量的權值集中在費米麪附近。（文：水生）

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