近日，美国加州理工学院Yiran Zhang研究员、Stevan Nadj-Perg教授团队在《Nature》上发表了题为“Twist-programmable superconductivity in spin–orbit-coupled bilayer graphene”的论文，通过调控近晶格匹配的范德华材料层间相对扭转角，在双层石墨烯中实现可编程的自旋轨道耦合，进而精细调控超导性及其他关联态的新方法，并发现了多个具有非凡物理特性的超导区域，为范德华异质结构在超导领域的应用提供了新的思路。

1. 摩尔超晶格现象：近晶格匹配的范德华材料层间相对扭转角对与摩尔平带相关的涌现现象至关重要。摩尔超晶格中的电子直接感受到与扭转角相关的周期性势，导致电子态的强烈调制，从而产生如超导性、关联绝缘态等新奇物性。

2.自旋轨道耦合（SOC）的作用：SOC在二维材料中起着关键作用，尤其是在过渡金属二硫化物（如WSe₂）与石墨烯等材料接触时。SOC可以诱导出Ising型SOC，这种对称性破缺的扰动能够稳定所需的相关态，对超导性的出现和调控具有重要影响。 

3.超导性的实现：在Bernal双层石墨烯（BLG）中，通过邻近的WSe₂诱导出的Ising SOC，可以在零磁场下实现超导性，并显著提高临界温度。然而，SOC对BLG及相关石墨烯系统中的关联相的影响及其增强机制仍不明确。 

【研究方法】

1.样品制备：样品制备过程包括在大尺寸的BLG和WSe2薄片上进行微纳加工。首先，通过原子力显微镜辅助切割技术，将BLG薄片精确切割成多个小块。然后，将这些小块依次以约6°的增量相对于WSe2进行扭转堆叠，形成不同扭转角的BLG-WSe2异质结。最后，通过标准的光刻和蚀刻工艺完成器件的最终制备，确保器件的质量和性能。

2.测量技术：所有测量均在稀释制冷机中进行，基础温度约为30 mK，以确保测量环境的极低温条件。测量系统配备了1T/1T/9T（XYZ）超导矢量磁体，以提供稳定的磁场环境。在测量过程中，使用标准的低频锁相放大器技术，在7-40 Hz的频率范围内进行测量，以有效减少电子噪声，并准确测量器件的直流特性，如纵向电阻等。 

3.分析方法：通过高分辨率的舒布尼科夫-德哈斯振荡测量来表征样品中的SOC。利用快速傅里叶变换（FFT）对量子振荡数据进行深入分析，以确定费米口袋的频率和分裂情况，从而量化Ising SOC的强度。此外，还通过测量不同掺杂密度和电位移场下的电阻变化，来绘制超导性的相图，进一步理解超导性与外部参数之间的关联。

【研究结果】

1.可编程的Ising SOC：研究通过精确控制BLG与WSe₂之间的扭转角，实现了对Ising SOC强度的系统调控。扭转角θ的变化导致诱导出的Ising SOC强度显著变化，为探索SOC对关联相和超导性的影响提供了独特机会。 

2. 超导性的扭转调控：随着Ising SOC强度的增加，超导性在更高的位移场下出现，并表现出更高的临界温度（最高达0.5 K）。在强Ising SOC极限下，超导相图中出现了一个异常的相变，表现为费米口袋之间的各向异性重分布和对平面内磁场的增强韧性。

3.异常的相变和磁场响应：研究发现了三个超导区域（SC1、SC2、SC3），其中SC2和SC3表现出对平面内磁场的非凡韧性。特别是SC3，其Pauli极限违反比（PVR）超过40，是已知超导体中最高的之一。SC3的超导性与奇数费米口袋多重性相关，指向了非常规超导性。 

【展望】

1. 探索更强的Ising SOC：未来的研究将探索具有更强Ising SOC的BLG系统，以进一步揭示SOC对超导性和关联相的影响，并可能发现新的超导态和物性。

2.扩展到其他范德华材料：扭转工程不仅限于BLG-WSe₂系统，还可以扩展到其他范德华异质结构中，通过调控层间相互作用来诱导和调控各种新奇物性，如磁性、电荷有序等。

3.深入理解超导机制：尽管研究揭示了Ising SOC对超导性的重要影响，但超导机制的具体细节仍需进一步探索。未来的研究将结合理论计算和实验观测，深入理解超导配对机制及其与SOC、关联效应之间的相互作用。