魔角石墨烯中的带电Skyrmion及其超导的拓扑起源

自发对称性破缺在物理学许多领域中起着关键作用，产生了从固体中的声模到核物理中的π介子等多种激发。同样重要的激发是孤子，即对称性破缺场的非线性构型，其可具有如核力的Skyrme模型中的特殊稳定性。在此我们论证，类似模型或可描述魔角石墨烯这一非凡的新材料。当两片石墨烯之间的角度接近$\sim 1^\circ$的魔角时，观察到绝缘行为，并在改变电子密度时让位于超导性。我们提出了对绝缘体以及超导体底层序的统一描述。虽然对称性破缺凝聚体导致了有序相，但凝聚体中的拓扑孤子——skyrmion——被证明是携带2e电荷的玻色子。Skyrmion的凝聚导致一种超导体，其配对强度、对称性及其他性质可被推断。更一般地，我们展示了拓扑织构如何缓解库仑排斥以配对电子，并提供一条通往超导性的新路径。我们的机制可能适用于更广泛的一类系统，但关键地依赖于某些关键要素，例如魔角石墨烯中存在的反演对称性。我们讨论了这些见解如何不仅阐明了为何某些关联莫尔材料不超导，也指出了预期存在稳健超导性的有前景的新平台。