魔角扭曲双层石墨烯作为拓扑重费米子：I. 精确映射与关联绝缘体
强关联电子
2023-01-12 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
魔角（θ=1.05°）扭曲双层石墨烯（MATBG）显示出两种看似矛盾的特征：STM实验中的局域化和量子点行为，以及输运实验中的离域化。我们以第一性原理的精神从Bistritzer-MacDonald（BM）模型构建了一个自然捕捉这两个方面的模型。一组以AA堆叠区域为中心的局域平带轨道（f）负责局域化。一组扩展的拓扑导带（c），与局域轨道有小的能量分离，负责离域化和输运。BM模型的拓扑平带是f电子和c电子杂化的结果。该模型为强关联物理提供了新的视角，现在被描述为强关联f电子与近乎自由的拓扑半金属c电子耦合——因此我们将我们的模型命名为拓扑重费米子模型。使用该模型，我们获得了U(4)和U(4)×U(4)对称性以及关联绝缘体相及其能量。推导出了基态及其陈数的简单规则。此外，诸如电荷±1激发的大色散和Γ_M点电荷隙最小值等特征，现在首次可以在简单的物理图像中得到定性和定量的理解。我们的映射为使用重费米子物理机制研究MATBG的超导物理开辟了前景。
引用
@article{arxiv.2111.05865,
title = {MATBG as Topological Heavy Fermion: I. Exact Mapping and Correlated Insulators},
author = {Zhi-Da Song and B. Andrei Bernevig},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.05865},
year = {2023}
}
备注
New references are added. Discussions on band geometry, relevant experiments, and more terms in the exchange interactions are added to the supplementary materials