2025年10月6日，Phys. Rev. Lett.在线发表了上海交通大学王世勇教授、史志文教授、李灿博士和上海科技大学刘健鹏副教授课题组的研究论文，题目为《Electronic Correlations in Rhombohedral Graphene at Atomic Scale》，论文的第一作者为Yufeng Liu、Zonglin Li和Shudan Jiang。
菱方石墨烯（RG）已成为探索奇异量子现象的一个有前景平台，如量子磁性、非常规超导性和分数量子反常霍尔效应。尽管其具有潜力，但对菱方石墨烯的原子尺度研究仍然有限，阻碍了对这些关联态起源的详细微观理解。
在此研究中，作者使用扫描探针显微镜和光谱来探测三层和四层菱方石墨烯中的本征电子态。研究发现在四层菱方石墨烯中电荷中性点处能隙高达19 meV的关联绝缘态，这在三层菱方石墨烯和伯纳尔堆叠四层中是不存在的。通过施加垂直磁场或掺杂载流子密度来抑制该能隙，并且不会表现出谷间相干模式。将这一现象归因于对称性破缺层反铁磁态，其特征是最外层的亚铁磁序与它们之间的反铁磁耦合。
为了进一步研究这种磁关联态，研究进行了局域散射实验。在关联区域内，在可能的非磁性杂质附近出现了三重对称模式，这表明非磁性掺杂可能会在亚铁磁表面层中诱导自旋纹理。在关联区域之外，可以观察到Friedel振荡，从而可以精确地确定四层菱方石墨烯中的能带色散。这些发现提供了菱方石墨烯中零场关联性的原子尺度证据，并可能扩展到菱方石墨烯中其他奇异相的研究。
图1 三层和四层菱方石墨烯中的器件装置和平带
图2 三层菱方石墨烯的电场依赖电子结构
图3 四层菱方石墨烯中的零场关联性
图4 四层菱方石墨烯中缺陷周围的Friedel振荡和局域束缚态
论文链接
Liu, Y., Li, Z., Jiang, S. et al. Electronic Correlations in Rhombohedral Graphene at Atomic Scale. Phys. Rev. Lett., 2025, 135, 156401. https://doi.org/10.1103/fv52-pd3h
投稿日期：2025年02月19日
接收日期：2025年09月05日
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