首尔国立大学，探索BBG/hBN异质结构中的摩尔超晶格效应！
文摘
2024-11-06 07:31
青海
伯纳层堆叠的双层石墨烯（BBG）是石墨烯家族中最简单的成员，其兰道能级结构与谷自由度和层自由度之间存在紧密联系，这为研究拓扑现象提供了独特的机会。由于摩尔超晶格势的引入，BBG的物理特性得到了显著丰富，这种势能导致了拓扑迷你能带的形成，从而可能实现可调的奇异量子传输。然而，BBG系统面临着一些挑战，包括摩尔超晶格势的精确调控和在强磁场下的高质量样品制备。为了解决这些问题，韩国首尔国立大学Joonho Jang教授等人采用了高质量的双层石墨烯-六方氮化硼（hBN）异质结构，并实现了零度对准，这产生了强烈的摩尔超晶格势。通过精细的磁性传输测量，他们观察到兰道扇区图中出现了霍夫斯塔特蝴蝶模式，并发现谷自由度与层自由度之间的复杂关系控制了摩尔诱导能带的拓扑结构。该研究不仅揭示了BBG超晶格中相互作用量子相态的能量特性，还观察到了场诱导的关联绝缘体、螺旋边缘态以及相互作用驱动的拓扑量子相态的清晰量子化特征。![]()
【研究亮点】
1.实验首次对高质量的双层石墨烯-六方氮化硼（hBN）异质结构进行磁性传输测量，得到了一种详细的霍夫斯塔特蝴蝶图案。通过零度对准，摩尔超晶格势在BBG中生成了强烈的效果，这为电子的兰道扇区图提供了丰富的细节信息。2.实验通过测量纵向和霍尔电阻，展示了BBG超晶格中谷自由度与层自由度之间复杂的相互关系如何控制摩尔诱导能带的拓扑结构。结果表明，这种关系显著影响了BBG超晶格中相互作用量子相态的能量特性。3.进一步观察到场诱导的关联绝缘体、螺旋边缘态以及相互作用驱动的拓扑量子相态的明显量子化特征，包括对称破缺的Chern绝缘体。这些发现揭示了摩尔超晶格中量子自由度的复杂相互作用。【图文解读】
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总结而言，作者展示了BBG/hBN摩尔体系中依赖于场的相互作用Hofstadter谱，并发现当施加场时，系统的各个谷会根据其兰道能级（LL）依赖的层极化做出响应，生成明显依赖于谷依赖性能带Chern数的谱特征。同时，作者基于其明确的分数量子霍尔化识别了分形能带中的相互作用驱动态。作者的工作表明，由于其可通过栅电极进行原位调节，并且机械稳定性带来的高质量，BBG/hBN摩尔体系提供了一个高度可调的平台，用于研究能带拓扑与电子相关性的相互作用，并为探索Hofstadter谱中相互作用态的自旋-谷等自旋极化开辟了令人兴奋的机会。进一步的理论研究关于SBCIs（拓扑自旋-谷绝缘体）和FCIs（分数量子态绝缘体）的能量学及其与分形能带Chern数的定量关系将是非常值得的。原文详情：Jeong, Y., Park, H., Kim, T. et al. Interplay of valley, layer and band topology towards interacting quantum phases in moiré bilayer graphene. Nat Commun 15, 6351 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-50475-x👉 点击左下角“阅读原文”，即可直达原文！💖
