魔角石墨烯中多体波函数的量子织构

电子间的相互作用产生新颖的多体量子物态，其波函数常反映电子关联效应、对称性破缺和新型集体激发。在魔角扭转双层石墨烯（MATBG）中已发现多种量子相，包括关联绝缘相、非常规超导相和磁性拓扑相。迄今为止，包括可能的对称性破缺精确信息在内的微观信息的缺乏，阻碍了对MATBG关联相的理解。在此，我们使用高分辨率扫描隧道显微镜直接探测MATBG中关联相的波函数。带隙相（包括关联绝缘体、赝能隙和超导相）的波函数平方在石墨烯原子晶格上显示出具有$\sqrt{3}$ x $\sqrt{3}$超周期性的明显对称性破缺图样，该图样在莫尔超晶格尺度上具有复杂的空间依赖关系。我们引入一种基于对称性的分析，用一组复值局域序参量描述对MATBG关联相波函数的测量。对于MATBG中在相对于电荷中性的每个莫尔原胞填充$\nu$ = $\pm$2个电子的关联绝缘体，我们将观测到的量子织构与理论提出的基态所预期的织构进行比较。在典型MATBG器件中，关联绝缘体波函数的织构与理论提出的IKS序高度吻合，而在超低应变样品中，我们的数据具有类似于T-IVC相的局域对称性。我们还研究了MATBG超导态的波函数，揭示了强烈的谷间相干特征，这些特征只能通过我们的相位敏感测量与绝缘体相区分。