Nature Materials：魔角石墨烯超导机制及磁性竞争

目前科研届对魔角扭曲三层石墨烯中非常规超导的微观机制了解甚少。印度塔塔基础研究所Mandar M. Deshmukh等人研究了魔角扭曲三层石墨烯（MATTG）中超导态与磁性有序的竞争关系及其受莫尔不均匀性的影响。他们使用两种互补的电输运测量，通过电输运测量（开关统计和磁阻分析），揭示了MATTG超导态的非单调温度响应和面内磁场下的滞后现象；利用约瑟夫森结网络模型，将莫尔晶格弛豫导致的“twistons”和“solitons”视为弱连接，解释了系统的超导行为。在超导态附近，面内磁场下观测到线性正磁阻和滞后效应，表明存在与超导竞争的磁性有序相。此外，研究团队估计了超流体刚度Js≈0.15 K，具有很强的温度依赖性，并表现出展宽的Berezinskii-Kosterlitz-Thouless转变。该研究为理解魔角石墨烯超导机制及磁性竞争提供了关键实验证据，并为设计新型量子材料奠定了基础。研究成果以“Superconducting magic-angle twisted trilayer graphene with competing magnetic order and moiré inhomogeneities”发表于Nature Materials。

研究主要创新点

1.新型测量技术：首次在扭曲石墨烯体系中应用开关统计方法，揭示了超导态的动态特性与磁性竞争的微观证据。

2.磁性竞争有序的发现：通过非单调开关电流分布和面内磁场滞后效应，直接证实了超导态与磁性有序的竞争。

3.约瑟夫森结网络模型：将莫尔不均匀性导致的晶格缺陷建模为弱连接，为理解MATTG的宏观超导行为提供了新视角。

4.宽化BKT相变的观测：结合超流刚度测量，阐明了莫尔不均匀性对二维超导相变的显著影响，扩展了传统BKT理论的适用范围。

5.多物理场耦合机制：揭示了电场、磁场和温度对超导态的协同调控作用，为探索量子相变和强关联电子态提供了新思路。

图1：MATTG中SC

图2：随温度变化的统计量表明不均匀性和竞争顺序

图3：随磁场变化的开关统计量和磁滞量表明磁序是相互竞争的。

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02252-4