魔角WSe₂中的绝缘态与超导态切换

哈伯德模型描述晶格上电子的相互作用（相邻格点电子跃迁能t和 onsite电子排斥能U），被认为是高温超导体的简化理论模型，但在电子关联强度中等（U与带宽W相当）的区域精确求解困难。铜基高温超导体就处于这种中等关联区，且接近莫特绝缘体到金属的转变，但其复杂性和难调控性阻碍了研究。
过渡金属硫族化合物（TMD）莫尔异质双层（如WSe₂/WS₂）是二维三角晶格哈伯德模型的量子模拟器。近期研究发现，扭曲WSe₂（tWSe₂）同质双层中存在稳健超导性，其低能电子能带可用哈伯德模型描述，且通过扭曲角可方便调节U/W比值，为研究中等关联区的超导相图提供了可能。
本研究聚焦扭曲角约4.6°的tWSe₂（此时U与W相当），通过双栅极器件控制填充因子ν（每个莫尔晶胞的空穴数）和垂直电场E，结合输运和磁光测量，绘制了ν=1附近的相图。结果显示：ν=1处存在反铁磁（AF）绝缘体，其奈耳温度TN约3.5K，磁 susceptibility测量显示典型反铁磁特性；在AF绝缘体的电子掺杂（ν<1）和空穴掺杂（ν>1）侧均出现超导穹顶，最高临界温度Tc约400mK；超导穹顶附近观察到“奇异金属”行为，如宽温区T线性电阻率。
扭曲角依赖性研究表明，超导在θ≈3.5-3.6°开始出现，最高Tc随θ增大而增加，且总是出现在ν=1绝缘体“熔点”附近，即紧邻莫特相变。通过电场调谐莫特转变发现，随着电场接近临界场Ec，AF绝缘体的TN降低，超导穹顶扩大，Tc升高，Tc/TN从4%增至18%并在Ec处发散。
相图分析显示，轻微掺杂AF绝缘体会形成具有小费米面的反铁磁金属，其霍尔密度在超导最优掺杂处出现约nM（莫尔密度）的跳变，这与铜基高温超导体的相图相似。奇异金属行为在宽填充范围内出现，表明其可能与莫特转变附近的复杂竞争序相关，而非单一量子临界点。
结论：tWSe₂通过扭曲角调至中等关联区，展现出与铜基高温超导体相似的相图，超导源于强关联效应。该体系为可控研究高温超导和奇异金属问题提供了新的材料平台。