哈佛大学Nature：两片双层石墨烯中可调自旋极化相关态

【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

图2 相关绝缘体态的自旋极化

图3 θ= 1.26°样品中的临界转变行为

图4 一系列扭转角的临界特性

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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