電子與其能帶拓撲之間的相互作用會產(chǎn)生物質(zhì)的異常量子相。大多數(shù)拓撲電子相出現(xiàn)在電子與電子相互作用較弱的系統(tǒng)中。僅由于強相互作用而出現(xiàn)拓撲階段的情況很少見，并且大多局限于在強磁場中實現(xiàn)的情況。在魔角扭曲雙層石墨烯（MATBG）中發(fā)現(xiàn)具有拓撲特征的脂肪電子帶，為尋找強相關的拓撲階段創(chuàng)造了獨特的機會。在此，我們通過掃描隧道電子顯微鏡中引入局部光譜表征技術，發(fā)現(xiàn)在MATBG材料中Chern number為C=±1, ±2, ±3時，分別在單位晶格中形成填充因子為±3, ±2, ±1表現(xiàn)的一系列拓撲絕緣態(tài)，并且這種拓撲相通過強度適中的磁場穩(wěn)定。這里檢測到的一個相（C = +1）是此前觀察到的，當六方氮化硼襯底故意打破MATBG的亞晶格對稱性時，相互作用具有次要作用。我們證明，強的電子-電子相互作用不僅可以產(chǎn)生先前觀察到的相，而且還可以在MATBG中產(chǎn)生未預料的Chern絕緣相。通過假定強相關性有助于打破時間反轉對稱性來形成由弱磁場穩(wěn)定的Chern絕緣子，可以來理解我們觀察到的全部相序。我們的發(fā)現(xiàn)表明，多體關聯(lián)可以在莫爾系統(tǒng)中創(chuàng)建拓撲階段，這超出了弱相互作用模型所預期的階段。
Fig. 1 200 mK時MATBG中與磁場有關的光譜間隙。
Fig. 2 高度相關的Chern絕緣間隙和ZLL的光譜間隙形態(tài)。
Fig. 3 強相關的Chern絕緣相的量化磁場響應。
Fig. 4 使用相互作用誘導的符號轉換霍爾丹質(zhì)量的理論解釋。
相關研究成果于2020年由美國普林斯頓大學Ali Yazdani課題組，發(fā)表在Nature(https://doi.org/10.1038/s41586-020-3028-8)上。原文：Strongly correlated Chern insulators in magic-angle twisted bilayer graphene。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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