研究透视：Nature Physics-魔角石墨烯，Hofstadter物理

魔角扭曲的双层石墨烯magic-angle twisted bilayer graphene，MATBG，其莫尔超晶格势产生了支持大量多体量子相的窄电子带。在垂直磁场中，莫尔晶格和磁长度尺度之间的相互作用，导致了分形Hofstadter子带，从而产生了更多的丰富性。在这个强相关Hofstadter平台中，多个实验已经确定了有间隙的拓扑和相关态，但其之间的相变，却知之甚少。

今日，美国 斯坦福大学(Stanford University) Benjamin E. Feldman，Zhi-Xun Shen团队Jiachen Yu等，在Nature Physics上发文，报道了陈氏绝缘体的破缺对称性序列，并解决了不同拓扑量子数和不同自旋谷味荷spin-valley flavour竞争态之间的尖锐相变。

实验测量确定了魔角扭曲双层石墨烯MATBG内，相互作用Hofstadter子带能谱，并绘制了味荷flavour占据的相图。

此外，实验观察到，第零个朗道能级简并度的完全提升以及能级渡越crossings，表明莫尔谷分裂moiré valley splitting。最后，提出了味荷flavour极化机制，以理解该系统中，密度和外加磁场函数的拓扑、相互作用和对称性破缺的复杂相互作用。

Correlated Hofstadter spectrum and flavour phase diagram in magic-angle twisted bilayer graphene.
魔角扭曲双层石墨烯的相关Hofstadter光谱和味荷相图。

图1：器件几何结构和魔角扭曲的双层石墨烯magic-angle twisted bilayer graphene，MATBG的局部电子可压缩性。

图2：味荷flavour极化和相关的Hofstadter光谱。

图3：一级相变和味荷flavour相图。

图4：第零朗道能级zeroth Landau level，zLLs 和莫尔谷极化。

该项研究，在实验上确定了相互作用的Hofstadter光谱和味荷flavour，在魔角扭曲的双层石墨烯magic-angle twisted bilayer graphene，MATBG中占据的相图。研究表明，味荷flavour对称破缺机制，可以在多个能量和场尺度上捕获物理。在相图的不同区域中，对特定自旋和谷序的微观理解，仍然是有待探索的开放问题。

实验观察到的基态之间的紧密竞争表明，外部调谐（例如，通过应变）可以用作控制旋钮，以在不同的关联和拓扑基态之间切换。该方法，可以应用于绘制相图，并在广泛和快速增长的强关联莫尔系统，探测霍夫施塔特物理 Hofstadter physics 。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41567-022-01589-w

DOI: https://doi.org/10.1038/s41567-022-01589-w

本文译自Nature。