哈佛大學Nature：兩片雙層石墨烯中可調自旋極化相關態

木文韜 3年前 (2020-07-09) 5614瀏覽

【引言】

將晶格中電子的能量帶寬降低到長程庫侖相互作用能以下，可以促進相關效應。莫爾超晶格（通過堆疊具有受控扭轉角的范德華異質結構形成）可以實現電子能帶結構的工程化。奇異的量子相可以出現在經過設計的工程莫爾平帶中。最近在魔角扭曲雙層石墨烯的平帶中發現了相關的絕緣體態、超導性和量子反常霍爾效應，這引發了對其他莫爾系統中相關電子態的探索。通過調整層間耦合或組成層的能狀結構，可以進一步調整范德華莫爾超晶格的電子特性。

【成果簡介】

今日，在哈佛大學Philip Kim教授和Liu xiaomeng（共同通訊作者）團隊等人帶領下，與日本國立材料研究所合作，利用扭曲的兩片雙層石墨烯（TDBG）的范德華異構，證明了在扭曲角度范圍內可通過垂直電場調整的平面電子帶。與魔角扭曲雙層石墨烯類似，TDBG在半填充和四分之一填充的平帶處顯示出能量間隙，表明相關絕緣體狀態的出現。團隊發現，這些絕緣體態的間隙隨著平面內磁場的增加而增加，表明存在鐵磁有序。在摻雜半填充絕緣體時，隨著溫度的降低，電阻率突然下降。這種臨界行為被限制在密度-電場平面的小范圍內，并被歸結為從普通金屬到自旋極化相關態的相變。在電場可調TDBG中發現自旋極化相關態，為工程交互驅動的量子相提供了一條新的途徑。相關成果以題為“Tunable spin-polarized correlated states in twisted double bilayer graphene”發表在了Nature。