菱方石墨烯

在此研究中，作者通过磁输运和温度相关测量，在六层菱方石墨烯莫尔超晶格中实验证明了近藤相互作用。

该工作系统描绘了菱方六层石墨烯关联半金属区的完整相图，建立了对称性破缺、Lifshitz 转变与能带反转之间的对应关系。研究在电子–空穴共存的双载流子区发现了临界磁场远超泡利极限的类超导态，为探索激子介导等非常规配对机制提供了新线索；同时揭示了磁滞极性可被电场反转的铁电轨道磁性，展示了电极化与轨道磁化强耦合的新型多铁序。目前两种类超导态的电阻尚未降至零，铁电偶极的微观起源也有待厘清，作者提出 3:1 同位旋极化构型作为一种可能解释。基于量子振荡费米学建立的分析框架，可为更高层数菱方石墨烯中关联与拓扑物态的探索提供指导。

提出了低温冲击剥离法，用以制备大面积菱方石墨烯薄片。该剥离工艺搭配可保留堆叠序的低压范德华组装技术，制备了高度均匀、面积大于 1300 平方微米的器件，器件制备良率约 90%。借助针尖纳米超导量子干涉器件（nanoSQUID-on-tip）成像，在器件中心 10×10 平方微米的全域观测到均匀的自旋磁性。

通过栅压驱动四层石墨烯，在伯纳尔堆叠与菱方堆叠之间层间的滑移型一级结构相变，调控了样品的磁性物相。在小转角双层-双层石墨烯样品中，通过输运测试，在宽广的栅压相图区间内，实验检测到在伯纳尔主导态与菱方-伯纳尔混合态之间双稳态相互转变。该结构相变，实现了非易失性切换，使体系在非磁性相与铁磁相之间转换。借助低温电输运表征对铁磁相进行研究，实验观测到反常霍尔效应。在反向位移场下，反常霍尔信号发生符号反转，这表明霍尔信号来源于伯纳尔畴区与菱方畴区之间的畴界。

该工作在实验上实现了莫尔原胞半填充处的量子反常霍尔态，显著拓展了菱方多层石墨烯/hBN异质结构的已知相图，丰富了莫尔超晶格体系的拓扑框架，并凸显菱方多层石墨烯作为探索莫尔诱导拓扑序的高度可调平台的价值。

该工作在超洁净、高可调的菱方石墨烯中实现了超导与反常金属在相图中的相邻共存，二者仅需小幅调节栅压即可相互切换，为研究反常金属提供了以往薄膜体系所不具备的实验手段。作者逐一分析了外部噪声引起的准粒子激发、接触伪影、逾渗以及堆垛畴壁或应变形成的超导–正常–超导结等外在机制，发现均难以解释全部实验结果，且相同的相边界、临界场层级与非单调电流响应在第二个器件中得到重现。

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。

北京大学刘开辉教授、卢晓波助理教授，上海科技大学柳仲楷研究员，苏州实验室丁峰教授，以及北京大学张志斌（共同第一作者）等合作，在 Science 上报道了一种台阶几何导向的外延生长策略，通过确定性地调控层间滑移，实现了纯相菱方石墨烯的制备。该团队使用镀有铜镍合金的台阶化蓝宝石表面，其台阶几何被精心设计，使石墨烯各层的层间滑移与取向角均倾向于形成菱方堆垛。

近日，北京大学卢晓波助理教授、宋志达助理教授、刘开辉教授与王文轩博士后（共同通讯作者）合作，构筑了由Bernal双层石墨烯与菱方四层石墨烯组成的转角莫尔平带体系（TBRTG，转角1.28°–1.38°），通过双栅结构独立调控莫尔填充因子v与位移电场。

该成果厘清了多层菱方石墨烯的多样超导行为，建立了半金属体系超导与拓扑量子态的关联机制，为设计低维可控超导体系、实现超导与拓扑态耦合调控，以及探索新型手性超导材料提供了全新思路与理论实验支撑。