菱方石墨拓扑表面态中的电子相分离
介观与纳米尺度物理
2020-08-13 v1 强关联电子
摘要
在石墨的两种稳定形式——六方（HG）与菱方（RG）中，前者更常见且已被广泛研究。RG 较不稳定，尽管许多理论预言其具有丰富的由相互作用诱导的奇异物理，至今却阻碍了其详细研究。范德瓦耳斯异质结技术的进展如今使我们能够制备厚度达 50 层石墨烯的高质量 RG 薄膜并研究其输运性质。我们发现此类 RG 中的体电子态是有能隙的，且在低温下电子输运由表面态主导。由于拓扑保护，表面态稳健且质量高，允许观测到量子霍尔效应，其中 RG 展现出无能隙半金属相与具有巨 Berry 曲率的能隙量子自旋霍尔相之间的相变。通过施加垂直电场打破表面态的反演对称性，也可在表面态中打开能隙。此外，在厚度小于 4 nm 的 RG 薄膜中，即便无外电场也存在能隙。这种自发能隙打开表现出显著的迟滞及其他电子相分离的特征，我们将其归因于强关联电子表面态的出现。
引用
@article{arxiv.1911.04565,
title = {Electronic phase separation in topological surface states of rhombohedral graphite},
author = {Yanmeng Shi and Shuigang Xu and Yaping Yang and Sergey Slizovskiy and Sergei V. Morozov and Seok-Kyun Son and Servet Ozdemir and Ciaran Mullan and Julien Barrier and Jun Yin and Alexei I. Berdyugin and Benjamin A. Piot and Takashi Taniguchi and Kenji Watanabe and Vladimir I. Fal'ko and Kostya S. Novoselov and A. K. Geim and Artem Mishchenko},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.04565},
year = {2020}
}
备注
18 pages, 12 figures