2023年11月23日，Nat. Nanotechnol.在线发表了上海交通大学陈国瑞副教授和韩国首尔大学Jeil Jung
课题组的研究论文，题目为《
Spontaneous broken-symmetry insulator and metals in tetralayer rhombohedral graphene
》。
当库仑相互作用高于动能时，石墨烯中自旋和谷的简并性可以被
解除
，不同自由度能量之间的竞争可以导致丰富的对称性破缺相。然而，对于单层石墨烯，由于大的动能，线性能量色散阻碍了自发对称性破缺。当菱形堆垛后增加石墨烯的层数时，由于动能的显著降低，库仑相互作用的主导作用变得明显。
在此研究中，作者使用声子-极化子辅助的近场红外成像来确定
四层石墨烯
器件的堆垛顺序。通过量子输运测量，研究观察到一系列自发的对称性
破缺
态及其转变，这可以通过载流子密度n和
电位移场
D进行微调。具体来说，
在n = D = 0处
观察到
层反铁磁绝缘体，其能隙约为15 meV
。
增加D显示出从层反铁磁绝缘体到层极化绝缘体的连续相变
。通过同时调节n和D，研究观察到同位旋极化金属，包括自旋谷极化和自旋极化金属。
这些转变与费米面拓扑结构的变化有关，并且与Stoner判据一致
。这项研究发现
强调
了特殊堆垛多层石墨烯器件的
高效
制造，并证明结晶多层石墨烯是研究库仑相互作用驱动的广泛对称性破缺的理想平台。
图2
石墨烯堆垛顺序的声子-极化子辅助近场光学成像
图4
ABCA-4LG中的对称性破缺金属
Liu, K., Zheng, J., Sha, Y. et al. Spontaneous broken-symmetry insulator and metals in tetralayer rhombohedral graphene.
Nat. Nanotechnol
.,
2023
. https://doi.org/10.1038/s41565-023-01558-1
【其他相关文献】
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2023
. https://doi.org/10.1038/s41565-023-01520-1
麻省理工学院Nature: 五层菱形石墨烯的轨道多铁性
麻省理工学院Nat. Nanotechnol.: 五层菱形堆垛石墨烯中的关联绝缘体和Chern绝缘体
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