石墨烯中电荷载流子之间的相互作用可以导致多个简并的自发破坏。当菱形堆叠后并增加石墨烯层的数量时,由于动能的显著降低,库仑相互作用的主导作用变得明显。在这项研究中,上海交通大学Chen Guorui、首尔大学Jung Jeil使用声子-极化子辅助的近场红外成像来确定四层石墨烯器件的堆叠顺序。
本文要点:
1) 通过量子输运测量,作者观察到一系列自发的破缺对称态及其跃迁,这些态可以通过载流子密度n和电位移场D进行微调, 作者在n = D = 0处观察到一层反铁磁绝缘体,并且带隙约为15 meV。增加D允许从层反铁磁绝缘体到层极化绝缘体的连续相变。
2) 通过同时调谐n和D,作者观察到同位旋极化金属,包括自旋谷极化和自旋极化金属。该研究突出了特殊堆叠多层石墨烯器件的有效制造,并证明结晶多层石墨烯是研究库仑相互作用驱动破坏对称性的理想平台。
Kai Liu et.al Spontaneous broken-symmetry insulator and metals in tetralayer rhombohedral graphene Nature Nanotechnology 2023
DOI: 10.1038/s41565-023-01558-1
https://doi.org/10.1038/s41565-023-01558-1