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近日，美国普林斯顿大学Ali Yazdani研究小组探究了魔角石墨烯中多体波函数的量子结构。相关研究成果8月16日发表于《自然》。

该团队使用高分辨率扫描隧道显微镜研究了MATBG中关联相位的波函数，包括绝缘相、赝隙相和超导相在内的间隙相波函数，发现石墨烯原子晶格表现出明显的破缺对称模式，该模式具有超周期性且对摩尔尺度具有复杂的空间依赖。为了更好地理解这些量子相，研究人员引入一种基于对称性的分析方法，使用一组复值局部序参数。这些参数能够区分各种关联相位，并显示出复杂的结构。

研究人员比较了关联绝缘体在电子填充时的量子结构与理论基态的预期结构。在典型的MATBG器件中，这些结构与提出的不相称螺旋序非常匹配。而在超低应变样品中，该研究的数据具有局部对称性，如时间反演对称谷间相干相位。此外，MATBG的超导状态表现出很强的谷间相干特征，只能与其相敏测量的绝缘体区分开来。

据悉，电子之间的相互作用会生成具有新物质的多体量子相，其波函数能够反映电子的关联效应、对称性破缺以及集体激发。在魔角扭曲双层石墨烯中发现了多种量子相，包括关联绝缘相、非常规超导相和磁拓扑相。然而，缺乏关于可能出现的对称性破缺的微观信息，阻碍了人们对这些相位的理解。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06226-x