北京
平带的超导研究是凝聚态物理的重要前沿和挑战之一。一方面，平带具有极大的态密度，有望提升超导配对温度，平带超导是寻找新高温超导体的重要路径。另一方面，平带意味着有效质量的发散和超导相干长度的消失，即超流态的消失。近年来，人们发现多带体系中的量子几何（它的实部对应量子度规，能带布洛赫波函数在动量空间的量子距离，而虚部对应贝里曲率）提供了一种新的超导相干尺度，为解决平带超导与超流问题注入新的活力。
近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心纳米物理与器件实验室N07课题组张广宇研究员、杨威特聘研究员团队，与香港科技大学罗锦团教授团队理论合作，开展了交替转角四层石墨烯莫尔平带中的超导及其调控研究。他们实验构筑了高质量的交替转角四层石墨烯莫尔超晶格双栅器件，实现了电场可调的二维超导效应。首先，通过朗道扇形图与霍尔测量，实现平带和狄拉克带的化学势和载流子浓度的系统测量；接着，他们利用磁场破坏超导并研究平带中的载流子散射过程，发现了载流子漂移速度受限于费米面大小，并据此估算了平带的费米速度约1700 m/s，验证了平带的特征；然后，他们通过超导相干长度、超导态的临界电流等物理量的测量进一步量化了超导的超流密度（即超流刚度，superfluid stiffness）。基于这些实验测量和数据，他们发现超导的超流刚度高达4×10⁷ H⁻¹，比常规贡献高约一个数量级，揭示了量子度规对平带超导超流态的显著贡献。进一步，他们开展了空间位移电场对该莫尔多带体系的量子度规的调控理论研究，发现电场会驱动平带与狄拉克带杂化，并在有限位移电场下形成量子度规热点，进而显著增强超导态。
该工作厘清了交替转角多层石墨烯莫尔超晶格中多带并存的平带结构，揭示了量子度规对平带超导效应的显著贡献，并提出了一个由狄拉克能带通过可调杂化而稳定平带超导的新机制，为理解设计电控量子材料提供了新平台。
图 交替转角四层石墨烯的超导样品结构、超导相图、强耦合特征、超导临界电流与超流刚度等。
相关成果以“ Electric field tunable coupling strength and quantum metric hot spots in a moiré flatband superconductor ”为题发表在 Nature Communications 17,8300(2026)。该研究得到北京市自然科学基金、国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家科技重大专项、中国科学院先导专项等项目支持。本工作获得了来自日本国立材料科学研究所的Kenji Watanabe研究员、Takashi Taniguchi研究员等合作者的帮助。物理所已毕业博士刘乐、博士研究生洪瑜和香港科技大学张成平博士为共同第一作者；杨威、罗锦团、张广宇为共同通讯作者。
编辑：韶音
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