双层石墨烯中的激子不稳定性与绝缘态

本文通过对具有最近邻跃迁的双层蜂窝晶格应用重整化群技术，研究了双层石墨烯的竞争基态。在无相互作用情况下，该模型在半填充时的费米面由两个动量为 $\mathbf{K}$ 和 $\mathbf{K}'$ 的节点组成，导带与价带在此处接触，呈现半金属特性。由于在这两点附近能量色散呈二次型且具有完美的粒子 - 空穴对称性，若存在带间相互作用，则激子不稳定性不可避免。利用直至单圈水平的微扰重整化群分析，我们发现了许多不同的竞争有序基态，包括铁磁性、超导性、具有序参量矢量 $\mathbf{Q}=\mathbf{K}-\mathbf{K}'$ 的自旋和电荷密度波态，以及激子绝缘体态。此外，在激子绝缘相和铁磁相中还发现了两种破坏谷对称性的态。该分析强烈表明，双层石墨烯的基态应具有能隙，且除超导态外，所有其他可能的基态均为绝缘态。