研究前沿：上海交通大学陈国瑞 Nature Nanotechnology | 石墨烯

在石墨烯中，载流子之间的相互作用，可以导致多重简并的自发破缺。当斜方六面体堆砌 rhombohedral stacking石墨烯的层数增加时，由于动能的显著降低，库仑相互作用的主导作用，就会变得十分显著。

近日，上海交通大学 Kai Liu, Jian Zheng，陈国瑞 Guorui Chen等，韩国 首尔大学Jeil Jung等，在Nature Nanotechnology上发文，利用声子-极化激元辅助近场红外成像，确定了四层石墨烯器件的堆叠顺序。基于量子输运测量，实验观察到了一系列自发的对称破缺态及其跃迁，可以通过载流子密度n和电位移场D进行精细调节。

特别地，在 n = D = 0处，观察到具有大约15MeV间隙的层-反铁磁绝缘体。增加电位移场D，会实现从层状反铁磁绝缘体到层状极化绝缘体的连续相变。通过同时调节载流子密度和电位移场，还观察到同位旋极化金属，包括自旋谷极化金属和自旋极化金属。这些转变与费米面拓扑结构变化有关，并且与斯托纳准则一致。

该项研究发现，彰显了特殊堆叠的多层石墨烯器件的高效制造，并表明晶体多层石墨烯是一种理想平台，用以研究由库仑相互作用驱动的大范围对称破缺。

Spontaneous broken-symmetry insulator and metals in tetralayer rhombohedral graphene.
在四层斜方六面体堆砌石墨烯中，自发破缺对称绝缘体和金属。

图1:斜方六面体Rhombohedral石墨烯家族。

图2:在六方氮化硼hexagonal boron nitride，hBN覆盖下，石墨烯堆叠顺序的声子-极化激元辅助近场光学成像。

图3:载流子密度n=0时的对称破缺绝缘体。

图4:在ABCA-四层石墨烯tetralayer graphene，4LG中的对称破缺金属。

文献链接

Liu, K., Zheng, J., Sha, Y. et al. Spontaneous broken-symmetry insulator and metals in tetralayer rhombohedral graphene. Nat. Nanotechnol. (2023).

https://doi.org/10.1038/s41565-023-01558-1

https://www.nature.com/articles/s41565-023-01558-1

本文译自Nature。