Nature: 双层石墨烯中轨道磁性驱动的量子反常霍尔效应

德国慕尼黑大学的R. Thomas Weitz教授和得克萨斯州大学达拉斯分校的Fan Zhang教授等系统地探索了电导为2 e2 h−1(其中e为电荷,h为普朗克常数)的双层石墨烯的状态。

量子反常霍尔(QAH)效应——零磁场下手性能带拓扑的宏观表现,实验上仅能通过拓扑绝缘体的磁性掺杂和moiré异质结构的精细设计得以实现。然而,没有磁性掺杂或moiré工程的双层石墨烯一直被预测具有QAH效应的竞争性有序态。有鉴于此,德国慕尼黑大学的R. Thomas Weitz教授和得克萨斯州大学达拉斯分校的Fan Zhang教授等系统地探索了电导为2 e2 h−1(其中e为电荷,h为普朗克常数)的双层石墨烯的状态。

本文亮点:

1双层石墨烯的这种状态不仅能在异常小的磁场和5开氏温度下存在,而且还表现出磁滞现象。

2这些实验特征为轨道磁驱动的QAH行为提供了令人信服的证据。除此之外,这种行为可以通过电场、磁场以及载波特征来调节。

3所观测到的QAH相由于其独特的铁磁和铁电顺序不同于先前所观测到的结果,其特征是量子化的异常电荷、自旋、谷和自旋谷霍尔行为。

展望:

由于目前的测量是在两探针器件上进行的,未来的实验测量可以使用四探针器件。如此,可以区分纵向电阻和霍尔电阻,并通过利用磁场和电场确定ν =±2 QAH相的独特顺序的可能开关机制。

Nature: 双层石墨烯中轨道磁性驱动的量子反常霍尔效应

Geisenhof, F.R., Winterer, F., Seiler, A.M. et al. Quantum anomalous Hall octet driven by orbital magnetism in bilayer graphene. Nature 598, 53–58 (2021).

DOI: 10.1038/s41586-021-03849-w

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03849-w

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