五层菱面体格点石墨烯中的轨道多铁性
介观与纳米尺度物理
2023-12-19 v2
摘要
铁性序描述了材料中自旋、电荷和晶格自由度的自发极化。具有多种铁性序的材料被称为多铁材料，在多功能电学与磁学器件应用中发挥着重要作用。具有蜂窝晶格的二维材料为构建非常规多铁性提供了令人振奋的机会，其中铁性序纯粹由轨道自由度而非电子自旋驱动。这些包括对应于电子谷的亚铁谷极性与由量子几何效应支撑的轨道磁性。此类轨道多铁材料可提供强谷-磁耦合以及对外部场的巨大响应，从而实现多态存储元件以及谷与磁态的电学控制等器件应用。本文利用低温磁输运测量报道了五层菱面体格点石墨烯中的轨道多铁性。我们在空穴掺杂下观察到具有异常大霍尔角（tan{\Theta}H > 0.6）的反常霍尔信号 Rxy 与轨道磁滞。存在四种具有不同谷极化与轨道磁化的态，形成谷-磁四重态。通过扫掠栅电场 E，我们观察到连接该四重态的蝴蝶形 Rxy 磁滞。该磁滞表明存在耦合于复合场 E\cdot B 而非单独场的亚铁谷电子序。调节 E 可独立切换各铁性序，并实现它们的协同非易失性切换。我们的观测展示了一种新型多铁材料，并指向可电调的超低功耗谷电子与磁学器件。
引用
@article{arxiv.2308.08837,
title = {Orbital Multiferroicity in Pentalayer Rhombohedral Graphene},
author = {Tonghang Han and Zhengguang Lu and Giovanni Scuri and Jiho Sung and Jue Wang and Tianyi Han and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Liang Fu and Hongkun Park and Long Ju},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.08837},
year = {2023}
}