《PNAS》：双层扭曲石墨烯中的库仑相互作用、声子和超导性！

双层扭曲石墨烯(TBG)，相信大家都不陌生。自从提出以来，关于其的研究一直是方兴未艾。似乎，这是一个巨大的宝藏，等着大家慢慢去挖掘。

在此，来自西班牙多诺斯蒂亚国际物理中心的Francisco Guinea等研究者，分析了双层扭曲石墨烯在电子-空穴对、等离子体和声子的共同作用下的极化率。相关论文以题为“Coulomb interaction, phonons, and superconductivity in twisted bilayer graphene”发表在PNAS上。

论文链接：

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

扭曲双层石墨烯(TBG)，显示了一个复杂的相图，它结合了超导和绝缘相，类似于之前在凝聚态物理中遇到的强相关材料。另一方面，超导电性在TBG中似乎更为普遍，而在其他强相关材料中磁性相占主导地位。

人们对引起TBG超导性的配对相互作用进行了深入的研究。在其他可能的配对机制中，声子的作用、化学势接近态密度(DOS)中的范霍夫奇点和绝缘相的激发，以及电子屏蔽的作用都被考虑在内。

在这里，研究者分析了屏蔽库仑相互作用是如何在TBG中诱导配对的。计算是基于通过排斥相互作用研究各向异性超导的Kohn-Luttinger形式。屏蔽包括电子空穴对、等离子体和声子(注意，声子在TBG中与电子空穴连续体重叠)。研究结果表明，尽管临界温度为T_c~10⁻³-10⁻² K，但仅由等离子体和电子-空穴对屏蔽的斥力库仑相互作用导致各向异性超导。在屏蔽函数中，包含声子大大提高了临界温度，达到T_c~1-10K。此外，研究者估计了阶数参数，它在费米表面的不同区域显示不同的值。由大动量交换引起的Umklapp过程，对超导的形成至关重要。在此，研究者提供了与实验测量一致的估计和趋势，强调了电子能带结构接近费米能级时超导性的可调谐性。

图1 (上)屏蔽电子-电子相互作用的费曼图；(下)逆介电函数虚部的动量和频率依赖关系。

图2 (A)在不同角度下，临界温度作为填充函数的值；(B)魔角θ=1.085°和不同填充的谱带和DOS。

图3 有(红色曲线)和没有(黑色曲线)电子-声子对相互作用的屏蔽贡献的超导临界温度。

图4 在魔角θ=1.085°和填充n=0(A)和n=−2 (B)时，序参量的绝对值(左)和相位(右)投影到整个BZ的价带上。

这里介绍的工作涉及两个主要主题：TBG的激发分析。这些计算描述了电子-空穴对、等离子体和声子。谷间光声子的效应，将增强或抑制配对取决于配对电子是在自旋单态/谷三态还是自旋三态/谷单态组合中。

本文的结果实现了变形势的屏蔽和电子-空穴对和声子色散的重正化。电子带包括哈特里势的影响，但不包括交换贡献。研究发现，由于等离子体和声子，电子-空穴连续体发生了显著的重正化，声子色散发生了互变。在接近半填充时，中心带最窄，BZ中的所有状态都对序参量有贡献。远离半填充，序参量的权值集中在费米面附近。（文：水生）