晶格中電子的能量帶寬低于長程庫侖相互作用能時(shí)，可促進(jìn)相關(guān)效應(yīng)。莫爾超晶格（通過控制扭曲角度堆疊的范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建）使電子能帶結(jié)構(gòu)的工程化成為可能。奇異的量子相可以出現(xiàn)在經(jīng)過設(shè)計(jì)的莫爾條紋平坦帶中。最近在魔角扭曲雙層石墨烯的平坦帶中發(fā)現(xiàn)了相關(guān)的絕緣子態(tài)，超導(dǎo)性和量子異常霍爾效應(yīng)，這激發(fā)了對(duì)其他莫爾系統(tǒng)中相關(guān)電子態(tài)的探索。通過調(diào)整層間耦合或組成層的能帶結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步調(diào)整范德華·莫爾超晶格的電子性質(zhì)。在這里，我們利用扭曲的雙層石墨烯(TDBG)的范德華力異質(zhì)結(jié)構(gòu)，展示了一個(gè)平坦的電子帶，該帶可通過在扭曲角范圍內(nèi)的垂直電場進(jìn)行調(diào)諧。與魔角扭曲的雙層石墨烯類似，TDBG在半填充和四分之一填充的平帶處顯示能量缺口，表明出現(xiàn)了相關(guān)絕緣子態(tài)。結(jié)果表明，這些絕緣子態(tài)的間隙隨著面內(nèi)磁場的增大而增大，呈鐵磁級(jí)數(shù)。在摻雜半填充絕緣子時(shí)，電阻率隨溫度降低而突然下降。這種臨界行為僅限于密度電場平面的一個(gè)小區(qū)域，并歸因于從普通金屬到自旋極化相關(guān)狀態(tài)的相變。電場可調(diào)TDBG中自旋極化相關(guān)態(tài)的發(fā)現(xiàn)，為互驅(qū)動(dòng)量子相的工程研究提供了一條新的途徑。
Fig. 1 θ= 1.33°樣品中的能帶結(jié)構(gòu)和絕緣狀態(tài)。
Fig. 2 相關(guān)絕緣子態(tài)的自旋極化。
Fig. 3 θ= 1.26°樣品中的臨界轉(zhuǎn)變行為。
Fig. 4可調(diào)柵平帶和一系列扭轉(zhuǎn)角的臨界特性。
相關(guān)研究成果與2020年由哈佛大學(xué)Philip Kim課題組，發(fā)表在Nature(https://doi.org/10.1038/s41586-020-2458-7)上。原文：Tunable spin-polarized correlated states in twisted double bilayer graphene。
摘自《石墨烯雜志》公眾號(hào)：
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