物性物理学：スピン–軌道結合3層グラフェンにおける超伝導とスピン傾斜

グラフェンと遷移金属ジカルコゲニドのフラットバンド系は、磁性相と超伝導相が豊富に存在する類似した相図を示す。磁気秩序は超伝導と競合するのか、それとも対形成を促進するのかという疑問が根強く残っている。例えば、増強されたスピン–軌道結合の存在下でのBernal積層2層グラフェンに関する最近の研究では、観測された超伝導状態のドメインと臨界温度T_cの大幅な増大が示されているが、この増大の機構はまだ分かっていない。今回我々は、基板近接効果によって菱面体晶3層グラフェン（RTG）にスピン–軌道結合を導入することで、電子ドーピングと正孔ドーピングの両方について新たな超伝導ポケットが形成され、最高T_cが約300 mKとなり、これは、六方晶窒化ホウ素に挟まれたRTGの3倍であることを示す。我々は局所磁気測定を用いて、超伝導が、有限面内磁気モーメントを持つスピン傾斜状態と、完全なスピン–バレー・ロッキング状態の間の転移にまたがっていることを示す。この転移は我々のハートリー–フォック計算において再現され、この場合には転移は、スピン–軌道結合とキャリア密度調整されたフント相互作用の間の競合によって駆動されることが分かった。今回の実験は、スピン–軌道結合による超伝導の増強が、基底状態対称性の変化ではなく傾斜角の量的変化によって駆動されることを示唆している。これらの結果は、スピン傾斜秩序の揺らぎが対形成相互作用に寄与するという、最近提案された超伝導増強機構と一致する。

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