菱面体三层石墨烯中的半金属与四分之一金属

铁磁性在过渡金属化合物中最为常见，但也可能出现在低密度二维电子系统中，在硅、III-V 族半导体体系以及石墨烯摩尔异质结构中均已观察到相关特征。本文表明，菱面体三层石墨烯中栅极调控的范霍夫奇点会驱动电子系统自发地发生铁磁极化，进入一种或多种自旋与谷自由度。利用石墨栅极范德瓦耳斯异质结构的电容测量，我们发现了一系列由密度和电子位移场调控的相变，其标志为负电子压缩率。这些相变界定了量子振荡具有四重、二重或一重简并的相之间的边界，分别对应于自旋与谷简并的正常金属、自旋极化的“半金属”以及自旋与谷极化的“四分之一金属”。对于电子掺杂，其显著特征可由具有谷各向异性洪德耦合的唯象 Stoner 模型很好地描述，该耦合很可能源于晶格尺度上的相互作用。对于空穴填充，我们观察到更丰富的相图，呈现出破缺对称性与费米面拓扑转变之间的微妙相互作用。最后，通过六方氮化硼衬底的旋转对齐来诱导摩尔超晶格，我们发现该超晶格仅微弱地扰动原有的同位旋序，在保留基本相图的同时，每当在半或四分之一超晶格能带填充处出现巡游半金属或四分之一金属态时，便催化形成拓扑非平凡带隙态。我们的结果表明，菱面体三层石墨烯是用于可控检验多体理论的理想平台，并揭示摩尔材料中的磁性本质上为巡游磁性。