魔角石墨烯中超流体动力学与准粒子热化的射频探测研究

研究人员通过射频偏置门控约瑟夫森结（JJ）技术，揭示了魔角双层石墨烯（MATBG）中电子-声子耦合（λ~10-3）和超流刚度（ns）的微观机制，支持其各向异性或节点超导性。该研究为二维材料热力学性质测量提供了普适性方法，成果发表于《Nature Communications》。

　　

研究背景与意义
魔角双层石墨烯（MATBG）因其可静电调控的强关联相（如超导、拓扑绝缘态）成为凝聚态物理的研究焦点。然而，其超导机制（电子驱动或声子驱动？）及能隙结构（各向同性或节点？）仍存争议。传统表征技术（如比热测量、角分辨光电子能谱）受限于材料的二维特性及低能标，难以直接测量关键参数（如超流密度n_s、电子-声子耦合强度λ）。瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）团队通过创新性射频偏置约瑟夫森结技术，首次实现了对MATBG非平衡动力学的精准探测，相关成果发表于《Nature Communications》。

关键技术方法
研究团队设计了一种门控约瑟夫森结器件，结合直流（DC）与射频（AC）偏置，通过分析电流-电压（I/V）曲线的频率依赖性，提取了准粒子热化速率（Γ_re~0.5-1.5 MHz）和超流响应速率（Γ_sw∝n_s）。利用电子-声子热化模型（含热导G_th和电子热容C_el）及动力学电感理论，量化了λ和n_s随载流子密度的变化规律。

研究结果

准粒子热化与电子-声子耦合
通过拟合滞后环随AC频率的演化（图3），发现热化速率Γ_re在平带（flat band）与色散带（dispersive band）交界处显著降低（图4a），对应电子态密度骤减。结合狄拉克模型估算λ~10^-3，远低于高温区（>5K）的声子散射率，表明MATBG在低温下进入Bloch-Grüneisen regime（声子散射抑制态）。

超流刚度与能隙结构
超流响应速率Γ_sw在平带区随电流线性下降（图5），与常规s波超导体的非线性行为不符，支持MATBG存在各向异性或节点超导能隙。此外，Γ_sw在电荷中性点（CNP）附近的峰值归因于正常态电阻R_bulk的突变（图4c）。

结论与意义
该研究建立了二维超导体非平衡动力学的普适性研究方法，首次证实MATBG的超导态具有节点特性，并揭示了其低能标下电子-声子耦合的独特行为。技术层面，射频偏置约瑟夫森结可推广至其他二维材料（如过渡金属二硫化物），为探索强关联体系的热力学性质提供了新范式。理论层面，线性超流响应为节点超导理论（如d+id波）提供了实验依据，而λ的低温抑制行为对理解MATBG中线性电阻（strange metal）的起源具有启示意义。