扭转菱方石墨烯家族中的层数调控量子反常霍尔效应
介观与纳米尺度物理
2026-01-21 v1 材料科学
强关联电子
摘要
量子反常霍尔（QAH）绝缘体由拓扑陈数 C 唯一表征。调控陈数是迈向功能拓扑电子学的关键一步，并使探索超越传统量子霍尔物理的奇异量子相成为可能。在此，我们报告了在扭转菱方石墨烯家族中发现的一系列 QAH 绝缘体，其中陈数可以通过层数配置、原位静电掺杂和位移场进行调控。具体而言，在扭转单层-菱方 N 层石墨烯（记为 (1+N) L）中，我们在摩尔填充因子 v=1 处观测到陈数为 C=N 的 QAH 态，其中 N=3,4,5 代表菱方石墨烯的层数。这些结果通过量子化霍尔电阻和 Streda 公式得到了实验证实。在扭转单层-三层石墨烯中，我们还在 v=3 处观测到了 |C|=3 的态，其符号可以通过静电掺杂或位移场切换。此外，在扭转 Bernal 双层-菱方四层石墨烯（记为 (2+4) L）中，我们展示了在 v=1 处，由位移场驱动的两个不同 QAH 态（C=3 和 C=4）之间的拓扑相变。我们的工作将扭转菱方石墨烯确立为一个高度通用、可通过层数调控的平台，用于设计和动态控制高陈数拓扑物质。
引用
@article{arxiv.2601.14014,
title = {Layer-engineered quantum anomalous Hall effect in twisted rhombohedral graphene family},
author = {Zhangyuan Chen and Naitian Liu and Jiannan Hua and Hanxiao Xiang and Wenqiang Zhou and Jing Ding and Xinjie Fang and Linfeng Wu and Le Zhang and Qianmei Chen and Xuanyu Chen and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Na Xin and Wei Zhu and Shuigang Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.14014},
year = {2026}
}