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、強相關態和非常規的超導性。 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的直接實驗證據。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的存在。 在超晶格帶隙之外的高電阻區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，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 中數據的載流子濃度。 (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 中數據的載流子濃度。(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
