扭转石墨烯体系的反常霍尔效应、磁光性质与非线性光学性质

我们研究了与六方氮化硼（hBN）衬底对齐的扭转双层石墨烯（TBG）以及扭转双双层石墨烯体系的反常霍尔效应、磁光性质和非线性光学性质。我们表明，扭转石墨烯体系中非零的谷极化会引发可由面内磁场调谐的反常霍尔效应。谷极化态还与太赫兹频段的巨大法拉第/克尔旋转相关。此外，凭借反演对称性破缺、小带宽以及体系的小激发能隙，hBN 对齐 TBG 和 TDBG 均表现出巨大的非线性光学响应。我们的计算表明，在两体系中位移电流的非线性光学电导率量级为 $10^3\,\mu$A/V$^2$；二次谐波产生（SHG）极化率在太赫兹频段量级为 $10^6\,$pm/V。此外，在具有 $AB\textrm{-}BA$ 堆垛的 TDBG 中，我们发现有限轨道磁化将生成非线性光电导率张量的新分量 $\sigma^{x}_{xx}$；而在施加垂直电场的 $AB$-$AB$ 堆垛 TDBG 中，谷极化和轨道磁化将对光电导率张量的 $\sigma^{y}_{xx}$ 分量作出显著贡献。这些非线性光电导率正比于体系的轨道磁化，因此预期其在响应面外磁场时呈现滞回行为。