研究前沿：菱形堆叠五层 石墨烯 | Nature Nanotechnology

菱形堆叠多层石墨烯Rhombohedral-stacked multilayer graphene，拥有一对零能量接触的平带，这应该会产生相关的电子现象，电场也可辅以进一步调节。此外，当电子关联破坏同位旋对称性时，零能谷相关的贝尔Berry相，会产生拓扑非平凡态。

近日，美国 麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）Tonghang Han, Zhengguang Lu，Long Ju等，在Nature Nanotechnology上发文，在低至100mK温度时，基于六方氮化硼封装了五层石墨烯，并实验测量了电子传输。

在电荷密度n=0和位移场D=0时，实验观察到了电阻在兆欧级或更大的相关绝缘态。紧束缚计算预测了，在这些条件下的金属基态。通过增加位移场D，在大约1T磁场时，观察到了C=-5陈氏绝缘体态和C=-3的另外两个态。在高位移场D和电荷密度n下，观察到了同位旋极化的四分之一和半金属。因此，菱形五层石墨烯表现出两种不同类型的费米面不稳定性，一种是由一对平带在零能接触驱动，另一种是由单个平带中的斯托纳机制诱导。

该项研究，确立了菱形堆叠多层石墨烯，有望用于探索天然石墨材料中的缠绕电子关联和拓扑现象，而不需要莫尔超晶格工程。

Correlated insulator and Chern insulators in pentalayer rhombohedral-stacked graphene.
在菱形堆叠五层石墨烯中，相关绝缘体和陈氏绝缘体。

图1:在菱形堆叠五层石墨烯中，相关驱动绝缘体、同位旋对称破缺态和陈氏绝缘体。

图2:相关绝缘体态的温度和磁场依赖性。

图3:相关驱动的陈氏绝缘体态。

图4:平面外磁场B=0时的竞争相。

文献链接

Han, T., Lu, Z., Scuri, G. et al. Correlated insulator and Chern insulators in pentalayer rhombohedral-stacked graphene. Nat. Nanotechnol. (2023).

https://doi.org/10.1038/s41565-023-01520-1

https://www.nature.com/articles/s41565-023-01520-1

本文译自Nature。