面向 rhombohedral 石墨烯的超导性与量子异常霍尔效应

诱导超导关联性于手性边态可预测生成具有拓扑保护的零能态，具有独特的量子统计特性。迄今为止的实验努力集中在工程构成超导材料（通常是非晶金属）与半导体量子霍尔或量子异常霍尔（QAH）系统之间的界面。然而，这种方法固有的界面无序会阻止孤立的拓扑模式形成。一个有吸引力的替代方案是使用低密度平坦带材料，其基态可仅通过电场效应在内在超导和量子异常霍尔状态之间调节。然而，量子化输运和超导性尚未同时实现。本文表明，与六方氮化硼基底对准的 rhombohedral 四层石墨烯在 superlattice 填充 $\nu=-1$ 时表现出量子异常霍尔态，同时在 $\nu-3.5$ 时表现出超导态，均无需外加磁场。令人惊讶的是，栅极电压还可用于作出非易失性切换 QAH 态的手性，使其在局部加工的器件中实现任意可重构的拓扑边缘模式网络。热力学压缩性测量进一步揭示了在 $\nu=2/3$ 处的拓扑有序分数化 Chern 绝缘体——也在无磁场下稳定——使超导性与带分数电荷边缘模式的近端耦合成为可能。最后，我们表明，正如在 rhombohedral 双层和三层石墨烯中一样，将过渡金属硫化物层添加到异构结构中可催生新的超导性包袱，同时保持 $\nu=-1$ 量子异常霍尔态的拓扑性。我们的结果为构建低无序条件下的超导体与拓扑边缘态的新一代混合界面铺平了道路。