扭转多层石墨烯体系中的自旋极化向列序、量子谷霍尔态及场可调拓扑转变

我们从理论上研究了扭转多层石墨烯体系中的关联绝缘态、量子反常霍尔(QAH)态，以及不同关联态之间由磁场诱导的拓扑转变。以扭转双层-单层石墨烯和扭转双双层石墨烯为例，我们表明在有限位移场下，两体系在平带 1/2 填充时均处于自旋极化、破 $C_{3z}$ 且陈数为零的绝缘态。某些情况下，这些自旋极化向列绝缘态凭借体系非平庸的能带拓扑而处于量子谷霍尔相。若仅考虑主导的谷内库仑相互作用，自旋极化绝缘态与谷极化态准简并。这种准简并可被原子在位相互作用劈裂，使得自旋极化向列态成为唯一基态。该情形适用于 1/2 填充下的多种扭转多层石墨烯体系，故可视为一种普适机制。此外，在垂直磁场下，扭转多层石墨烯体系中的轨道塞曼劈裂与磁场诱导的电荷密度变化将同原子 Hubbard 相互作用竞争，从而可驱动从自旋极化零陈数态到谷极化 QAH 态的转变，且所需起始磁场很小。