魔角扭转双层石墨烯中的强关联陈绝缘体

电子间的相互作用及其能带的拓扑结构可以创造新颖的量子物质相。大多数拓扑电子相出现在电子-电子相互作用较弱的系统中。仅由强相互作用产生的拓扑相极为罕见，且大多局限于在强磁场下实现的那些。在魔角扭转双层石墨烯（MATBG）中发现具有拓扑特征的平电子带，为寻找新的强关联拓扑相创造了独特机遇。在此，我们引入一种新颖的局域谱学技术，利用扫描隧道显微镜（STM）在 MATBG 中探测到一系列陈数 C = $\pm$ 1、$\pm$ 2、$\pm$ 3 的拓扑绝缘体，它们分别形成于每个莫尔原胞 $\nu$ = $\pm$ 3、$\pm$ 2、$\pm$ 1 个电子附近，并通过施加适度磁场而稳定。此处探测到的其中一个相（C = +1）此前曾在 MATBG 的亚晶格对称性被六方氮化硼（hBN）衬底有意打破时观察到，当时相互作用起次要作用。我们证明，仅凭强电子-电子相互作用不仅可产生先前观察到的相，还能在 MATBG 中产生新的、出乎意料的陈绝缘相。我们观测到的完整相序列可理解为：强关联倾向于打破时间反演对称性，从而形成由弱磁场稳定的陈绝缘体。我们的发现表明，在多体关联能在莫尔系统中产生超出弱相互作用模型预期的拓扑相。