压力下魔角扭转双层石墨烯栅极可调铁磁性的第一性原理计算
介观与纳米尺度物理
2020-06-04 v1 材料科学
摘要
魔角扭转双层石墨烯（MATBG）因可通过栅极轻易调控掺杂水平以及对静水压力敏感的魔角依赖，而成为研究强关联现象（如高- 超导与量子自旋液体）的高度可调平台。MATBG 中关联绝缘态、非常规超导与铁磁性的实验观测表明该系统呈现丰富的奇异相。本工作中，我们利用密度泛函理论计算并结合有效屏蔽介质方法，发现了处于 扭转角下的受压 MATBG，并模拟其电子态在掺杂水平与面外电场经栅极调控时的演化。我们的计算显示，在每个 moiré 原胞掺杂两电子至四空穴的水平之间，自旋密度局域于 AA 堆垛位的铁磁解比非磁解能量更低。该铁磁态的磁矩随电子与空穴掺杂均减小，并在每个 moiré 原胞掺杂四电子/空穴时消失。平带与周围色散带在费米能级处的杂化可在有限掺杂下发生。此外，在零掺杂下增大面外电场时，观察到从铁磁态到非磁态的相变。我们还通过 Wannier 函数分析了平带导致的层间成键特征。最后，我们报道了铁磁态下某掺杂水平处平带的平庸能带拓扑。
引用
@article{arxiv.2006.02362,
title = {First-principles calculation of gate-tunable ferromagnetism in magic-angle twisted bilayer graphene under pressure},
author = {Xiao Chen and Shuanglong Liu and James N Fry and Hai-Ping Cheng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.02362},
year = {2020}
}