加州大学伯克利分校和复旦大学Yuanbo Zhang等–石墨烯Moiré超晶格中磁场稳定的Wigner晶体态

氮化硼上的ABC堆叠三层石墨烯（ABC-TLG/hBN）莫尔超晶格为探索Wigner晶体状态提供了一个可调平台，其中电子相关性可以通过电场和磁场控制。在这里，我们报道了在ABC-TLG/hBN中观察到的磁场稳定的Wigner晶体状态。研究表明，在磁场下，相关的绝缘态出现在对应于每个莫尔晶格位点的μ=1/3、2/3、1、4/3、5/3和2个电子的多个分数和整数填充处。这些相关的绝缘态可以归因于整数填充的广义莫特态和分数填充的广义Wigner晶体态。广义Wigner晶体状态由垂直磁场稳定，并且在每三个莫尔超晶格一个磁通量量子处最强。μ=2的绝缘状态持续到30T，这可以用高磁场下的莫特-霍夫施塔特跃迁来描述。

图1.ABC-TLG/hBN莫尔异质结构及其平坦带。（a） 该装置的截面示意图。红色原子代表ABC-TLG的一个晶胞。ABC-TLG与底部hBN膜对准。（b） 对于顶部和底部石墨烯层之间的电势差Φ=−25meV，计算了ABC-TLG/hBN在K谷中的单粒子能带结构，其大致对应于D=−0.5V/nm。（c） 实验相图表示为电阻率作为掺杂n和垂直位移场D的函数，在T=1.5K和BŞ=0 T时。

图2:在由磁场和垂直位移场调谐的传导微带中出现相关态。（a） 在−0.4 V/nm的固定D下，ρ_xx作为n/n₀和B的函数的色图。（b） 归一化电阻率，ρ_xx/ρ_xx^B=0，作为n₀/3至2n₀填充物处磁场的函数，其中ρ_xx^B=0是b=0 T时的电阻率。数据从面板a中提取。（c） ρ_xx作为n/n₀和D的函数的色图，在5.5T的固定B下。（D）对于n₀/3到2n₀的填充物，ρ_xx/ρ_xx^B=0作为D的函数。数据取自面板c。

图3.磁场中传导微带上的广义莫特和维格纳晶体态。（a） 电阻率，ρ_xx，在1.5至15 K的温度范围内，在−0.4 V/nm的固定D和5.5 T的固定B下，作为云纹点n/n₀填充的函数。插图显示了传导微带不同填充物处电阻率峰值处电阻率的热激发行为（阿伦尼斯图）。（b） 实空间平面外磁场中广义Mott（n=n₀）和Wigner晶体（n=n₀/3，n=2n₀/3）态的说明。灰色和绿色晶格分别代表石墨烯和hBN晶格，红色球体电子，红色虚线代表三个莫尔单位单元。

相关研究成果由加州大学伯克利分校Guorui Chen、Feng Wang和复旦大学Yuanbo Zhang等人2023年发表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01741)上。原文：Magnetic Field-Stabilized Wigner Crystal States in a Graphene Moiré Superlattice。