掺杂扭曲双层石墨烯中的粒子-空穴不对称相
强关联电子
2025-09-25 v2
摘要
尽管已有大量理论研究，但为扭曲双层石墨烯（TBG）开发一个全面的第一性原理模型已被证明具有挑战性，这是由于在精确描述能带结构与在哈密顿量中引入相互作用之间存在固有的权衡，特别是考虑到在平带流形内用局域对称 Wannier 函数描述模型时的拓扑障碍——即所谓的脆弱拓扑。在这里，我们通过使用扩展的 8 轨道模型规避了这一障碍，Carr 等人 [1] 已为该模型表述了局域 Wannier 轨道。我们构建了一个扩展的多轨道 Hubbard 模型，并进行了 Hartree-Fock (HF) 计算，以探索其在从 -3 到 3 的共度填充下的相图。我们在电荷中性点发现了几个近乎简并的绝缘态，它们均表现出轨道序。关键的是，已知接近魔角的 TBG 具有粒子-空穴不对称性，这被我们模型的单粒子能带结构自然地捕捉到，并反映在从电荷中性点偏离的电子掺杂与空穴掺杂下所获得的对称性破缺态之间的差异中。在填充 -1 和 +2 处，获得了量子反常霍尔态；而在远离电荷中性点的其余整数填充处，我们发现系统实现了具有各种轨道、谷和自旋序的金属态。我们还观察到，大多数 Hartree-Fock 基态表现出广义的类谷 Hund 法则，从而导致谷极化。重要的是，我们表明引入谷内和谷间交换相互作用对于正确稳定有序的对称性破缺态至关重要。与实验相符，我们发现了显著的粒子-空穴不对称性，这凸显了使用粒子-空穴不对称模型的重要性。
引用
@article{arxiv.2403.03123,
title = {Particle-hole asymmetric phases in doped twisted bilayer graphene},
author = {Run Hou and Shouvik Sur and Lucas K. Wagner and Andriy H. Nevidomskyy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.03123},
year = {2025}
}