小转角下扭转双层石墨烯中的多体效应

我们研究了扭转角等于所谓“第一魔角”的扭转双层石墨烯在零温下的多体性质。该系统低能单电子谱由四条（若计入自旋标记则为八条）弱色散的部分简并带组成，每条带每个莫尔(Moiré)胞每个自旋投影容纳一个电子。这种弱色散使电子特别容易受到相互作用的影响。引入若干具有自旋密度波状结构的激子序参量，我们证明：(i) 能带简并度被相互作用部分解除；(ii) 低能谱的细节变得依赖于掺杂。例如，在未掺杂态或附近，相互作用将八条带分为两个四重态（一个四重态几乎填满，另一个几乎空），而对于每个莫尔胞两个电子的情况，四重态被拉开，并出现二重态。当掺杂等于每胞一个或三个电子时，二重态分裂为单态。空穴掺杂产生类似效应。结果，电子性质（例如费米能处的态密度）表现出对掺杂浓度的振荡依赖。这使我们能够定性地重现最近实验中观察到的电导行为[Cao et al., Nature {\bf 556}, 80 (2018)]。在近半填充处，电子谱失去六角对称性，表明出现了多体向列态。