魔角双层石墨烯中的齐谱与非齐谱 Chern 绝缘体
介观与纳米尺度物理
2024-08-23 v1 强关联电子
摘要
强电子-电子相互作用与对称性破坏之间的相互作用可以对材料的拓扑性质产生深远影响。在魔角扭曲双层石墨烯 (MATBG) 中，单个与自旋和谷 Valley 自由度相关的平坦带在破坏 C2z 对称性或 C2zT 对称性后获得非零 Chern 数。电子-电子相互作用进一步可提升 SU(4) 简并性，导致 Chern 绝缘体态的形成。本文报告了在 hBN 对齐的 MATBG 中，所有奇整数填充 (v = ±1, ±3) 的零场 Chern 绝缘体，具有不同的旋性 (C = 1 或 -1)。其中，空穴填充 (v = -1, -3) 的 Chern 态是本文首次观察到的，具有与电子填充情形相反的旋性。通过轻微掺杂 v = ±3 态，我们观察到在非齐谱莫尔填充处的新型关联绝缘态，这高度可能是本体 Wigner 晶体 according to our theoretical calculations。值得注意的是，我们在 v = -3 态附近观察到显著的 Streda 公式违反。通过在 v = -3 处的 Chern 带隙中掺入显著数量的电子并施加有限磁场，洛伦兹电阻 Ryx 稳健地量化为 ~ h/e²，而纵向电阻 Rxx 归零，表明化学势被固定在 Chern 带隙内，形成一种非齐谱 Chern 绝缘体。通过首次观察平坦价带中的零场 Chern 绝缘体，本工作填补了在 C2z 对称性被破坏的 MATBG 整体拓扑框架。我们的发现还表明，掺杂的拓扑平坦带是一个研究异构非齐谱关联拓扑态的理想平台。
引用
@article{arxiv.2408.12509,
title = {Commensurate and Incommensurate Chern Insulators in Magic-angle Bilayer Graphene},
author = {Zaizhe Zhang and Jingxin Yang and Bo Xie and Zuo Feng and Shu Zhang and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Xiaoxia Yang and Qing Dai and Tao Liu and Donghua Liu and Kaihui Liu and Zhida Song and Jianpeng Liu and Xiaobo Lu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.12509},
year = {2024}
}
备注
28 pages. 5 figures