2026年7月3日，Nat. Mater.在线发表了麻省理工学院Pablo Jarillo-Herrero、Xirui Wang和L. Antonio Benítez课题组的研究论文，题目为《High-Chern-number orbital magnetism in twisted rhombohedral graphene》。
当贝里曲率在布里渊区上的积分产生一个非零的整数Chern数C时，就会在零磁场下出现量子化的霍尔电导。这一体相拓扑不变量保证了手性边缘态的存在，而手性边缘态又会产生以C倍电导量子量子化的电导。由此产生的物相被称为Chern绝缘体。实现Chern数大于1的Chern绝缘体仍然是量子材料研究中的一个重大目标。此类平台有望提供多通道无耗散手性输运，并能够进入超越传统C=1范式的关联物相。
在此研究中，作者在转角单层-多层菱方石墨烯中发现了高Chern数轨道磁体，记为(1+n)，其中n=3、4和5。磁输运测量显示，当每个莫尔晶胞中一个和三个电子被极化远离莫尔界面时，会表现出显著的反常霍尔效应。在这些体系中，通过Středa轨迹和量子化霍尔电阻观测到一个清晰的拓扑层级C=n，该结果得到了自洽平均场计算的支持。此外，通过翻转谷极化实现了高Chern数态的电学和磁学开关。这些结果在转角菱方石墨烯中建立了一个可调控的轨道Chern磁体层级，为通过原始石墨烯莫尔体系中的层工程实现Chern数和拓扑性质的系统调控提供了途径。
图1 转角(1+n)体系中的器件结构、莫尔表征及能带结构计算
图2 (1+n)体系的纵向和横向电阻图谱
图3 反常霍尔效应和高Chern数量子反常霍尔效应
图4 高Chern数轨道磁体的电学和磁学开关
论文链接
Wang, X., Benítez, L.A., Rao, S. et al. High-Chern-number orbital magnetism in twisted rhombohedral graphene. Nat. Mater., 2026. https://doi.org/10.1038/s41563-026-02659-7
投稿日期：2025年12月13日
接收日期：2026年06月04日
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