范德瓦耳斯邻近效应在双层石墨烯中驱动的自旋轨道能带反转
介观与纳米尺度物理
2019-06-14 v2 材料科学
摘要
自旋轨道耦合（SOC）是实现时间反演不变拓扑物相的关键。众所周知，Kane 与 Mele 预言 SOC 可稳定量子自旋霍尔绝缘体；然而，单层石墨烯中微弱的内禀 SOC 阻碍了实验观测。此处，我们利用通过范德瓦耳斯接触半导体性过渡金属硫族化物实现的层选择性邻近效应，在超洁净\textit{双层}石墨烯中构造 Kane-Mele SOC。使用高分辨率电容测量探测体电子压缩率，我们发现 SOC 导致在电荷中性处形成一种 distinct 不可压缩、有能隙的相。实验数据与一个简单理论模型定量吻合，其中新相源于 SOC 驱动的能带反转。与单层石墨烯中的 Kane-Mele SOC 不同，该反转相不被预期为时间反演不变拓扑绝缘体，尽管它通过电场调谐的相变与常规能带绝缘体分离，而晶体对称性要求体能隙必须闭合。电输运测量明显揭示反转相具有电导率 ，并被极小的面内磁场抑制。高电导率与反常磁电阻与理论模型一致，这些模型预言反转相内存在螺旋边缘态，其由涌现自旋对称性保护而免于背散射，该对称性即便在大的 Rashba SOC 下仍保持鲁棒。我们的结果为在石墨烯异质结强自旋轨道 regime 中邻近工程化强拓扑绝缘体及相关量子相铺平了道路。
引用
@article{arxiv.1901.01332,
title = {Spin-orbit driven band inversion in bilayer graphene by van der Waals proximity effect},
author = {J. O. Island and X. Cui and C. Lewandowski and J. Y. Khoo and E. M. Spanton and H. Zhou and D. Rhodes and J. C. Hone and T. Taniguchi and K. Watanabe and L. S. Levitov and M. P. Zaletel and A. F. Young},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.01332},
year = {2019}
}
备注
7 pages of main text + 13 pages supplementary material and figures. More information available at http://www.afylab.com/publications/