哈佛大学Nature:两片双层石墨烯中可调自旋极化相关态

将晶格中电子的能量带宽降低到长程库仑相互作用能以下,可以促进相关效应。莫尔超晶格(通过堆叠具有受控扭转角的范德华异质结构形成)可以实现电子能带结构的工程化。奇异的量子相可以出现在经过设计的工程莫尔平带中。最近在魔角扭曲双层石墨烯的平带中发现了相关的绝缘体态、超导性和量子反常霍尔效应,这引发了对其他莫尔系统中相关电子态的探索。通过调整层间耦合或组成层的能状结构,可以进一步调整范德华莫尔超晶格的电子特性。

【引言】

将晶格中电子的能量带宽降低到长程库仑相互作用能以下,可以促进相关效应。莫尔超晶格(通过堆叠具有受控扭转角的范德华异质结构形成)可以实现电子能带结构的工程化。奇异的量子相可以出现在经过设计的工程莫尔平带中。最近在魔角扭曲双层石墨烯的平带中发现了相关的绝缘体态、超导性和量子反常霍尔效应,这引发了对其他莫尔系统中相关电子态的探索。通过调整层间耦合或组成层的能状结构,可以进一步调整范德华莫尔超晶格的电子特性。

【成果简介】

今日,在哈佛大学Philip Kim教授和Liu xiaomeng共同通讯作者)团队等人带领下,与日本国立材料研究所合作,利用扭曲的两片双层石墨烯(TDBG)的范德华异构,证明了在扭曲角度范围内可通过垂直电场调整的平面电子带。与魔角扭曲双层石墨烯类似,TDBG在半填充和四分之一填充的平带处显示出能量间隙,表明相关绝缘体状态的出现。团队发现,这些绝缘体态的间隙随着平面内磁场的增加而增加,表明存在铁磁有序。在掺杂半填充绝缘体时,随着温度的降低,电阻率突然下降。这种临界行为被限制在密度-电场平面的小范围内,并被归结为从普通金属到自旋极化相关态的相变。在电场可调TDBG中发现自旋极化相关态,为工程交互驱动的量子相提供了一条新的途径。相关成果以题为Tunable spin-polarized correlated states in twisted double bilayer graphene发表在了Nature

【图文导读】

图1 θ= 1.33°样品中的能带结构和绝缘态哈佛大学Nature:两片双层石墨烯中可调自旋极化相关态

2 相关绝缘体态的自旋极化哈佛大学Nature:两片双层石墨烯中可调自旋极化相关态

3 θ= 1.26°样品中的临界转变行为哈佛大学Nature:两片双层石墨烯中可调自旋极化相关态

4 一系列扭转角的临界特性哈佛大学Nature:两片双层石墨烯中可调自旋极化相关态

文献链接:Tunable spin-polarized correlated states in twisted double bilayer graphene(Nature,2020,DOI:10.1038/s41586-020-2458-7)

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