扭转双层石墨烯中的巨轨道磁电效应与电流驱动磁化翻转

近来,在接近 3/4 填充的扭转双层石墨烯(TBGs)中观测到了具有自发铁磁性的量子反常霍尔态迹象[1, 2]。重要的是,实验表明极小的电流即可翻转磁化方向。这为实现低能耗磁存储器提供了前景。然而,由于石墨烯层中的电荷电流通常被认为无磁性,电流驱动磁化翻转的机理尚不清楚。本工作中,我们证明在 TBGs 中,扭转引起的晶格对称性降低允许电荷电流在一般填充因子下通过磁电效应产生净轨道磁化。衬底诱导的应变与子晶格对称性破缺进一步降低对称性,从而可产生面外轨道磁化。由于平带的大非平庸 Berry 相位,布洛赫态的轨道磁化可高达数十玻尔磁子,因此小电流即足以产生大轨道磁化。我们进一步演示了具有轨道磁化的电荷电流如何翻转实验中观测到的接近 3/4 填充的量子反常霍尔态的磁化[1, 2]。