意外的強關聯材料──魔角雙層石墨烯

厚度只有一個原子大小的石墨烯，除了作為拓樸絕緣體的基本模型外，其絕佳的導電以及應力特性也成了材料、化學與光電等應用領域的重要議題。價電子佔據p軌域的碳基材料幾乎不被認為是超導材料，更與強關聯系統沒有太大關係。最近一期自然雜誌連續兩篇論文報導魔角雙層石墨烯（Magic Angle-Twisted Bilayer Graphene，簡稱MA-TBG）材料中發現的超導與強關聯物理：費米面附近的能帶有極小的能帶寬度，並且當改變載子濃度到半填滿狀態時，所量測的電導大幅下降；此外這材料的溫度──載子濃度（temperaturecarrier density）相圖更透露出與高溫超導許多相似之處。本文將簡單介紹魔角雙層石墨烯的基本物理，其費米面附近所形成的平能帶（flatband，能帶與動量關係E（k）為一定值），以及簡單的物理圖像來理解實驗結果。