研究前沿：双层转角石墨烯-几何阻挫 | Nature Physics

在晶格系统中，当不能同时满足所有相互作用时，就会发生几何阻挫Geometric frustration。最简单的例子是，在三角晶格上的反铁磁耦合自旋。几何阻挫系统的特征在于具有许多几乎简并的基态，导致非平凡相，例如自旋冰和自旋液体。

到目前为止，大多数研究都着眼于自旋的几何阻挫，而对轨道几何阻挫的研究要少得多。对于双层转角石墨烯中的电子，当电子能带填充到分母为3的分数时，库仑相互作用和Wannier轨道形状，预测为强烈约束空间电荷有序，从而导致产生一类新相关绝缘态的几何阻挫基态。

近日，美国 俄亥俄州立大学（The Ohio State University）Haidong Tian, Emilio Codecido, Dan Mao，Marc Bockrath & Chun Ning Lau等，在Nature Physics上发文，报道了在双层大转角度石墨烯中，观察到了主要的、分母3的、分数填充的绝缘态，并在磁场中持续存在，还显示出了磁有序特征和三倍晶胞重构。这些结果与几何阻挫分数态对称破缺的强耦合理论一致。

Dominant 1/3-filling correlated insulator states and orbital geometric frustration in twisted bilayer graphene.
在双层转角石墨烯中，主要1/3填充相关绝缘子态和轨道几何阻挫。

图1:器件D1的温度相关数据，θ=1.32°。

图2: 实空间模型。

图3: 在T=300mK时，器件D1的磁输运。

图4:在T=1.5K时，器件D2的磁输运

文献链接

Tian, H., Codecido, E., Mao, D. et al. Dominant 1/3-filling correlated insulator states and orbital geometric frustration in twisted bilayer graphene. Nat. Phys. (2024).

https://doi.org/10.1038/s41567-024-02546-5

https://www.nature.com/articles/s41567-024-02546-5

本文译自Nature。