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       魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）是一种新兴的材料系统，因其在调控相关现象方面的巨大潜力而成为研究热点。尤其是，MATBG 中的电子同旋自由度——包括自旋和谷——在相图中扮演着重要角色，超导性通常出现在同旋转变的邻近区域。然而，MATBG 的相关态动态仍未被充分探索，尤其是同旋序的具体性质和行为存在诸多挑战。

       同旋序的动态对于理解其物理机制至关重要，但现有的研究大多集中于静态特性，动态行为的探讨相对不足。为了解决这一问题，加利福尼亚大学圣芭芭拉分校Chenhao Jin（金辰皓）教授合作在Nature期刊上发表了题为“Long-lived isospin excitations in magic-angle twisted bilayer graphene”的论文。

       科学家们采用了激子感测和光学泵浦-探测光谱技术，以亚皮秒的分辨率研究了 MATBG 中的同旋序动态。研究发现，在 ν = 2 附近及 ν = −3 和 −2 之间的广泛填充范围内，同旋动态异常缓慢，寿命可达 300 ps，这与电子温度的快速冷却显著解耦。这种非热行为揭示了同旋自由度中存在异常长寿命的模式，可能与间谷相干或不匹配的 Kekulé 螺旋基态有关。此外，研究还展示了对同旋序的非平衡控制能力，通过超快操控可以瞬时地偏离整数填充。

       资料显示，Chenhao Jin（金辰皓）是北京大学校友，并以第一作者身份发表过Nature文章。
       研究亮点

       1. 实验首次探测到 在魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）中，通过激子感测和光学泵浦-探测光谱技术获得了亚皮秒分辨率的同旋序动态数据。这一实验揭示了同旋动态在广泛填充范围内的特征，包括 ν = 2 和 ν = −3 至 −2 的区域。

       2. 实验通过 结合激子感测和光学泵浦-探测光谱技术，观察到同旋动态的显著缓慢，寿命长达 300 ps，与电子温度的快速冷却（约 10 ps）明显解耦。这种非热行为表明了同旋自由度中存在异常长寿命的模式，暗示了长程传播的集体模式、强烈的同旋波动和记忆效应。此结果未被理论预期，可能与间谷相干或不匹配的 Kekulé 螺旋基态相关。

       3. 此外，通过超快操控，研究展示了对同旋序的非平衡控制能力，使其在整数填充处瞬时偏离。这一发现不仅展示了对 MATBG 中集体激发的独特探测方法，还为在莫尔系统中主动控制非平衡现象提供了新的路径。

图1. MATBG中激子感测的同旋序和动态。

图2. MATBG中的填充依赖动态。

图3. 电荷和同旋动态之间的解耦。

图4. 级联特性的超快操控。

       结论展望

       本文揭示了魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）中同旋序的异常动态特征，为研究相关现象提供了新的视角。通过结合激子感测和光学泵浦-探测光谱技术，我们观察到在宽泛的填充范围内，同旋动态异常缓慢，寿命可达 300 ps，与电子温度的快速冷却显著解耦。这种非热行为表明同旋自由度中存在异常长寿命的模式，提示可能存在长程传播的集体模式、强烈的同旋波动及记忆效应，这可能与间谷相干或不匹配的 Kekulé 螺旋基态相关。

       这一发现超出了理论预期，揭示了同旋序在 MATBG 中的复杂行为，为理解该系统中的集体激发提供了新的依据。进一步地，通过超快操控技术，我们能够对同旋序进行非平衡控制，展示了在莫尔系统中主动调控非平衡现象的潜力。这项研究不仅丰富了对 MATBG 中相关态动态的理解，也为未来在莫尔材料中的非平衡物理学研究开辟了新的方向。

       原文信息：Xie, T., Xu, S., Dong, Z. et al. Long-lived isospin excitations in magic-angle twisted bilayer graphene. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07880-5