由量子扭转显微镜揭示的魔角扭转双层石墨烯相互作用能带

量子材料中的电子相互作用从根本上塑造了其能带，并由此决定了材料最引人入胜的量子相。魔角扭转双层石墨烯（MATBG）已成为一个模型系统，其中的平带产生了多种此类量子相，但由于缺乏高分辨率的动量空间探测手段，这些能带的精确性质一直难以捉摸。在此，我们使用量子扭转显微镜（QTM）以前所未有的动量和能量分辨率直接对 MATBG 的相互作用能带进行成像。在偏离魔角时，观测到的能带与单粒子理论高度吻合。然而在魔角处，我们观测到被相互作用完全改变的能带，在动量空间的不同区域展现出轻电子和重电子特征。在掺杂后，这些轻重成分之间的相互作用产生了各种显著现象，包括相互作用诱导的带宽重整化、重粒子的类 Mott 级联以及轻粒子的 Dirac 复活。我们还发现了一种与重子区相关的持续低能激发，暗示存在一种新的未被计入的自由度。这些结果解决了 MATBG 中长期存在的难题——其电子的二元性——表明它源于同一拓扑重费米子平带内不同动量的电子。更广泛地说，我们的结果确立了 QTM 作为一种强大工具，可用于对传统技术无法触及的量子材料进行高分辨率光谱研究。