研究背景
扭曲双层石墨烯（TBG）是由两层石墨烯按照特定的角度扭曲而成的材料，因其独特的电子性质而在量子物理、拓扑学及材料科学等领域展现了巨大的潜力。与传统的石墨烯材料相比，TBG具有更为丰富的电子带结构、强烈的电子-电子相互作用以及拓扑量子态等优点。然而，由于量子几何的复杂性和测量的挑战，揭示其波函数特性及其在量子材料中的应用仍面临困难，因此在量子几何和电子相互作用的关系方面带来了研究的重大挑战。
研究内容
鉴于此，西班牙巴塞罗那科学技术学院Roshan Krishna Kumar，Frank H. L. Koppens等研究者在“Nature Materials”期刊上发表了题为“Terahertz photocurrent probe of quantum geometry and interactions in magic-angle twisted bilayer graphene”的最新论文。该团队利用偏振分辨光电流测量技术，成功探测到魔角扭曲双层石墨烯中的光电响应，并研究了电子相互作用与量子几何之间的相互作用。通过与平带光学跃迁共振的太赫兹光，研究团队观察到由破缺对称性驱动的体光电流，揭示了反演破缺带隙状态及因相互作用引起的能带重整化现象。此外，研究人员还发现，光电流模式在莫尔单元格的整数填充因子下呈现周期性变化，这些现象追踪了通过相变级联演变的量子几何。
利用这些新发现，研究团队显著提高了对TBG中量子几何的理解，为探索强相互作用电子系统和拓扑量子材料的潜力提供了新的视角。该研究不仅为TBG在量子计算、传感器技术等领域的应用奠定了基础，也为创新的太赫兹量子技术提供了重要的理论支持和实验依据。
图文导读
本文的核心创新点在于通过偏振分辨光电流测量揭示了魔角扭曲双层石墨烯中电子相互作用与量子几何之间的相互作用，首次观察到由破缺对称性驱动的光电流，并揭示了与相互作用相关的能带重整化及量子几何演变的级联现象。
图 1 | 双层转角石墨烯Twisted bilayer graphene，TBG中，偏振相关的太赫兹光电流。
图 2 | 双层转角石墨烯TBG中，α和ν关系。
图 3 | Hartree-相互作用诱导的太赫兹光电流。
图 4 | 光响应和α的温度关系。
图 5 | 具有超莫尔电势与hBN对准的公度TBG中，光电流级联。
结论展望
本文的研究为探索莫尔材料中的量子几何与电子相互作用提供了新的视角，展示了光电流在揭示隐藏对称性和量子几何方面的敏感性。通过偏振分辨光电流测量，作者揭示了破缺对称性驱动的光电流以及相互作用引起的能带重整化现象，进一步阐明了量子几何与强关联现象的相互作用。这一发现突出了太赫兹光响应与量子几何之间的紧密联系，为高效探测和理解复杂量子材料提供了新工具。同时，研究表明，基底和应变等因素在决定莫尔材料的对称性和许多体相方面起到了重要作用，这为未来材料设计和调控提供了新的方向。在技术应用方面，莫尔材料在太赫兹领域展现了巨大的潜力，尤其是在偏振敏感性和扩展性方面的优势，使其在下一代量子技术中具有广泛的应用前景。因此，本文不仅推动了量子几何和电子相互作用的理解，也为相关领域的材料开发和应用提供了重要的理论依据和实践指导。
该文章发表于Nature Materials上
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41563-025-02180-3
本文来自低维材料前沿，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
